[发明专利]基于二氧化钒薄膜的频率可调共面紧凑型人工磁导体结构

说明书

技术领域

本发明涉及一种频率可调谐的人工磁导体结构，特别是一种基于二氧化钒薄膜的频率可调共面紧凑型人工磁导体结构。

背景技术

在无线通信系统中，频率可调谐是一项非常重要的功能，通过激励可控制器件来改变谐振频率，实现多功能化。目前实现频率调谐的方法大多是通过变容二极管、PIN二极管等固态器件来控制电路通断，但当频率升高达到毫米波频段时，这些器件的性能就会变差，损耗变大，隔离度降低。

二氧化钒是一种具有强电荷关联性的材料，通过电压激励就能在很短的时间内产生可逆的绝缘体—导体转变。在绝缘体—导体转变过程中，这种材料的电阻率在这两种状态之间的变化可以达到4个数量级，而且转变速度非常快。这种电气性能方面的剧烈的变化能在很宽的频率范围内产生，从直流到射频/微波频段，甚至能达到毫米波和太赫兹频段。与传统的变容二极管等控制器件相比，二氧化钒在高频插入损耗更小，隔离度更好。

共面紧凑型人工磁导体是一种具有同相反射特性的结构。传统的反射板一般为电导体，反射相位为180°，厚度约为四分之一波长。而人工磁导体在特定频率处反射相位能达到0°，这样便能大大地减小厚度，降低剖面。但是现在尚无将共面紧凑型人工磁导体结构和二氧化钒薄膜相结合运用于频率调谐的技术。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于二氧化钒薄膜的频率可调共面紧凑型人工磁导体结构，该人工磁导体结构能在较低的剖面下实现入射波的大范围频率调谐。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种基于二氧化钒薄膜的频率可调共面紧凑型人工磁导体结构，包括介质基板、金属地板、金属贴片，金属贴片印制于介质基板的上表面，金属地板设置于介质基板的下表面；金属贴片设置成若干均匀分布的UC-AMC单元且每一行的相邻UC-AMC单元的微带分支之间通过一条二氧化钒薄膜相连。

本发明与现有技术相比，其显著优点为：(1)本发明提出的基于二氧化钒薄膜的频率可调谐共面紧凑型人工磁导体结构，可以在较高的频段实现入射波的频率调谐，适用频段可达毫米波甚至太赫兹；(2)本发明提出的基于二氧化钒薄膜的频率可调谐共面紧凑型人工磁导体结构，当二氧化钒薄膜的电阻率改变时，能够实现大范围的频率调谐，频率调谐比可达1:1.65；(3)本发明提出的基于二氧化钒薄膜的频率可调谐共面紧凑型人工磁导体结构，二氧化钒薄膜损耗的能量少，和PIN二极管、变容二极管等传统的控制器件相比功耗更小；(4)本发明提出的基于二氧化钒薄膜的频率可调谐共面紧凑型人工磁导体结构，具有低剖面反射特性。该结构厚度仅为0.09λ，远小于普通反射板0.25λ的厚度；(5)本发明提出的基于二氧化钒薄膜的频率可调谐共面紧凑型人工磁导体结构，控制电路简单，可控性强，而且两个频率之间的切换时间非常短。

下面结合说明书附图对本发明做进一步描述。

附图说明

图1为本发明基于二氧化钒薄膜的频率可调谐共面紧凑型人工磁导体结构的俯视图。

图2为本发明基于二氧化钒薄膜的频率可调谐共面紧凑型人工磁导体结构的相邻两个单元的三维图、俯视图和侧视图，其中图(a)为三维图，图(b)为俯视图，图(c)为侧视图。

图3为本发明基于二氧化钒薄膜的频率可调谐共面紧凑型人工磁导体结构在VO₂薄膜绝缘和导通两种状态下的反射系数相位图。

图4为本发明基于二氧化钒薄膜的频率可调谐共面紧凑型人工磁导体结构在不同间距G下的反射系数相位图，其中图(a)为VO₂薄膜绝缘时的反射系数相位，图(b)为VO₂薄膜导通时的反射系数相位。

图5为本发明基于二氧化钒薄膜的频率可调谐共面紧凑型人工磁导体结构在不同微带分支宽度W3下反射系数相位图，其中图(a)为VO₂薄膜导通时的反射系数相位，图(b)为VO₂薄膜绝缘时的反射系数相位。

图6为本发明基于二氧化钒薄膜的频率可调谐共面紧凑型人工磁导体结构在不同金属贴片边长W下的反射系数相位图，其中图(a)为VO₂薄膜导通时的反射系数相位，图(b)为VO₂薄膜绝缘时的反射系数相位。

图7为本发明基于二氧化钒薄膜的频率可调谐共面紧凑型人工磁导体结构与线极化宽带偶极子天线相结合构成的频率可调天线的三维图、俯视图和侧视图，其中图(a)为三维图，图(b)为俯视图，图(c)为侧视图。