[发明专利]基于单负材料超慢波波导的小型化贴片天线

说明书

技术领域

本发明属于通信系统的天线领域，涉及一种基于单负材料超慢波波导的小型 化贴片天线。

背景技术

微带贴片天线作为一种新型天线在现代国防和民用通信领域得到了广泛的 研究和应用。它具有剖面低、体积小、重量轻、成本低、易于共形化设计以及易 于与有源器件和电路集成为单一模块等诸多优点。

然而，传统的贴片天线由于其谐振长度需要半个波导波长，因而其尺寸已难 以满足未来军事和民用通信对于天线高度小型化的要求。流行的贴片天线小型化 技术有采用高介电常数基板、加载短路针或者短路面、贴片表面开槽延长电流路 径等，但是这些技术都存在或多或少的缺陷，对天线的其它性能会造成影响。例 如，采用高介电常数的基板会降低天线的阻抗带宽和辐射效率，而加载短路针或 者短路面、贴片表面开槽等方法则会改变原来贴片天线的方向图以及导致极化纯 度下降等。最近一些学者提出了如基于复合左右手传输线结构的零阶谐振天线以 及部分填充负材料构成左右并排介质的矩形贴片天线等新型结构。这些结构在理 论上确实都可以把贴片天线的尺寸降到无穷小，但是如果把能否有效辐射考虑在 内，却存在本质上的困难。在对贴片天线实现高度小型化的同时保持天线的高辐 射效率和方向性良好仍然是目前的难点技术。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有贴片天线小型化技术中普遍存在的辐射效率 不高以及方向图畸变等不足，提供一种高度小型化，同时又具有高辐射效率和良 好辐射方向图的基于单负材料超慢波波导的小型化贴片天线。

本发明包括负介电常数介质层、普通介质层、金属地平面层和同轴馈电探针； 负介电常数介质层设置在普通介质层和金属地平面层之间，位于负介电常数介质 层顶面之上的普通介质层上表面涂覆有理想电导体，金属地平面层的面积大于负 介电常数介质层的底面面积；同轴馈电探针贯穿负介电常数介质层，普通介质层 和金属地平面层设置，且与负介电常数介质层、普通介质层和金属地平面层都垂 直；同轴馈电探针与贴片天线的竖直方向上的中轴线的距离为f_p， λ/20≤f_p≤λ/15；λ为天线工作频率对应的真空波长。

所述的负介电常数介质层为长方体结构，长度为L_P，λ/3≤L_P≤2λ/3；宽度 为W_P，λ/3≤W_P≤λ；高度为d₁，λ/40≤d₁≤λ/15。

所述的普通介质层为长方体结构，长度与宽度和负介电常数介质层相同，普 通介质层的高度为d₂，λ/200≤d₂≤λ/100；

所述的负介电常数介质层在宽度与高度方向的两个侧面上均涂覆有理想电 导体；

所述的负介电常数介质层的高度与普通介质层的高度比值d₁/d₂≈|ε₁/ε₂|，其 中ε₁为负介电常数介质层介电常数，ε₂为普通介质层的介电常数。

本发明天线的尺寸非常小，馈电方法简单，易于大规模加工制作，成本低。 在小型化的同时在辐射机理上保证了高辐射效率和高增益，同时保持了传统贴片 边射方向性优良的特点，无方向图畸变。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的仿真反射系数图。

具体实施方式