[实用新型]一种人工磁导体单元、人工磁导体结构及平面天线

说明书

技术领域

本实用新型涉及电磁场的超材料领域，特别涉及一种人工磁导体单元、人工磁导体结构及平面天线。

背景技术

近几年，软硬表面、电磁带隙结构、左手材料以及人工磁导体(Artificial Magnetic Conductor，AMC)等名词越来越多的出现在电磁场技术领域中，这些结构或者材料均具有在自然界中并不存在的但极具价值的电磁特性,因此这些结构或材料也被学界称为超材料，而它们所具有的奇特的电磁特性已经在实现新型高性能天线与微波器件领域显示出强大的优势。

由于理想电导体(Perfect Electronic Conductor，PEC)表面需满足边界条件：切向电场为零，可知当平面波入射到其表面时，反射波的电场与入射波之间有180度的相位差。这使得当金属作为天线的反射面用以增强半空间辐射时，天线与反射面之间的距离需为四分之一波长左右。否则，由于反射波的电场反相，会大大削弱天线的辐射性能，这样就增大了天线的尺寸，在实际应用中造成不便。由电磁场理论中的对偶性原理，平面波入射到理想磁导体表面时，入射波与反射波的电场是同相的，如果用理想磁导体做天线的反射面，就可以实现新型的低剖面天线，而理想磁导体在自然界中不存在。

为了实现理想磁导体的电磁特性，人工磁导体被提出，这种结构同样具有理想磁导体对平面波的同相位反射特性，同时具有低剖面，重量轻的特点。目前，关于人工磁导体的研究很多，但其窄带特性一直是研究人工磁导体的瓶颈。

实用新型内容

为了克服现有技术存在的缺点与不足，本实用新型提供一种人工磁导体单元、人工磁导体结构及平面天线。

本实用新型可提供相对带宽为50％的宽频段覆盖，使用该结构作为平面基站天线反射板可将天线高度降低到原来的1/3，该结构对多种极化的天线同时适应，应用范围很广。

本实用新型采用的技术方案：

一种人工磁导体单元，包括金属周期贴片、金属过孔、金属接地板及介质基板，所述金属周期贴片由中心挖空的方形贴片及螺旋线构成，所述螺旋线设置在方形贴片的中心挖空部分，并与方形贴片连接，所述螺旋线通过金属过孔与金属接地板连接，所述金属周期贴片刻蚀在介质基板上。

所述金属接地板与介质基板之间为空气。

所述金属过孔的长度21mm，直径为1.5mm。

所述方形贴片的中心挖空部分为圆形，其中圆形半径为9mm。

一种人工磁导体结构，包括多个如权利要求1所述的人工磁导体单元，所述多个人工磁导体单元周期性分布在介质基板上。

所述多个人工磁导体单元周期性分布具体为9×9周期性分布，其中螺旋线为90度旋转对称。

一种由人工磁导体结构构成的平面天线，包括天线振子以及位于天线振子下方的人工磁导体结构，所述天线振子包括天线介质基板、下表面金属贴片和上表面金属贴片。

所述天线振子与人工磁导体结构的距离为9mm。

所述平面天线为双极化平面天线、线极化平面天线或双极化平面天线中的一种。

本实用新型的有益效果：

(1)金属过孔连接周期贴片与金属地板是实现宽带特性的关键，增加金属过孔的长度可以增加等效电感从而起到拓展带宽的作用，但同时也增加了人工磁导体结构的剖面高度。该结构通过设计合适的过孔长度，既达到了需要的带宽，又保证了低剖面特性；

(2)周期贴片包括中心挖空的方形贴片和螺旋线两部分，方形贴片可等效为电容，螺旋线可等效为电感，起到拓展带宽的作用，调节螺旋线的长度和宽度可调节人工磁导体的反射相位带隙；

(3)该结构采用厚度为0.76mm，相对介电常数为3.48的介质，介质层与金属地板之间为空气层，由于其等效介电常数较小，等效电容也较小，使用这种结构既有利于拓展带宽，又具有低损耗、质量轻的优点。

附图说明

图1(a)是本实用新型人工磁导体单元的结构示意图,图1(b)是该人工磁导体单元结构剖面示意图；

图2(a)是本实用新型人工磁导体结构的结构示意图,图2(b)是该人工磁导体结构剖面示意图；

图3是本实用新型人工磁导体结构加载在平面天线的结构示意图；

图4(a)是现有技术下加载金属反射板的天线结构剖面示意图，图4(b)是加载人工磁导体结构天线剖面示意图；

图5是加载人工磁导体结构天线S参数曲线图。

图中示出：