[发明专利]基于不完美频率选择表面的天线及其性能实现方法

说明书

技术领域

本发明涉及基于不完美频率选择表面的天线及其性能实现方法，属于电磁通信、微波器件设计技术领域。

背景技术

电磁超材料频率选择表面是厚度小于电磁波波长的人工电磁材料，受到了广泛的关注。不完美电磁超材料频率选择表面可实现对电磁波相位、偏振模和传播方式的灵活有效调节。超材料一般在吸波、隐身、极化转换等方面进展迅速。通过对超表面进行大量的研究，实现了一系列应用，其中之一就是利用不完美电磁超材料频率选择表面的加载优化平面天线性能。不完美电磁超材料频率选择表面由于其特殊的电磁特性可以用来提高天线的阻抗带宽和增益。由于厚度薄、重量轻、频带宽，由该单元设计成的不完美频率选择表面在高增益天线、电磁波操控方面有很大的应用潜力。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供基于不完美频率选择表面的天线及其性能实现方法，将不完美电磁超材料频率选择表面加载在平面单极子缝隙印刷天线上，在不影响天线匹配的情况下能有效提高天线的增益。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

基于不完美频率选择表面的天线，包括不完美电磁超材料频率选择表面、平面单极子缝隙印刷天线以及位于不完美电磁超材料频率选择表面和平面单极子缝隙印刷天线之间的空气匹配层；其中，不完美电磁超材料频率选择表面由第一介质基板、蚀刻在第一介质基板其中一个表面上的金属方环阵列组成，金属方环阵列由多个金属方环从上到下、从左到右周期性排列而成；第一介质基板的另一个表面与空气匹配层相接触；不完美电磁超材料频率选择表面的长度大于等于平面单极子缝隙印刷天线的长度，且不完美电磁超材料频率选择表面的宽度大于等于平面单极子缝隙印刷天线的宽度。

作为本发明的一种优选方案，所述平面单极子缝隙印刷天线包括第二介质基板、矩形金属贴片、与第二介质基板大小相同的金属贴片，该金属贴片上开有一矩形槽口，金属贴片蚀刻于第二介质基板的其中一个表面，矩形金属贴片蚀刻于第二介质基板的另一个表面，且蚀刻有矩形金属贴片的表面与空气匹配层相接触。

作为本发明的一种优选方案，所述第一介质基板的材料为聚四氟乙烯。

作为本发明的一种优选方案，所述第二介质基板的材料为聚四氟乙烯。

基于不完美频率选择表面的天线的性能实现方法，将不完美电磁超材料频率选择表面、平面单极子缝隙印刷天线水平正对放置，且不完美电磁超材料频率选择表面的中心、平面单极子缝隙印刷天线的中心位于一条竖直直线，平面单极子缝隙印刷天线主辐射方向的电磁波有一部分透射到不完美电磁超材料频率选择表面外，剩余部分被不完美电磁超材料频率选择表面反射至平面单极子缝隙印刷天线，由平面单极子缝隙印刷天线再次反射至不完美电磁超材料频率选择表面并透射出去，其与前述透射到不完美电磁超材料频率选择表面外的一部分电磁波发生相长干涉，从而实现天线增益。

本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

1、本发明通过在单极子缝隙印刷天线上加载不完美电磁超材料频率选择表面，在不影响天线匹配的情况下有效提高了天线的增益。

2、本发明具有结构通俗，工艺简单，设计灵活，功能性强等特点。

附图说明

图1a、图1b、图1c分别是本发明不完美电磁超材料频率选择表面与平面单极子缝隙印刷天线组合的正视图、背视图、侧视图。

图2是不完美电磁超材料频率选择表面单元结构示意图。

图3是平面单极子缝隙印刷天线正视图。

图4是不完美电磁超材料频率选择表面反射系数相位图。

图5是加载不完美电磁超材料频率选择表面前后天线E面方向图。

图6是利用不完美电磁超材料频率选择表面提高天线增益实现方法的示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

本发明利用不完美频率选择表面提高天线增益，通过简单的不完美电磁超材料频率选择表面提高了平面单极子缝隙印刷天线的增益，同时也阐明了其性能实现方法。