[实用新型]基于谐振式反射器的宽带定向天线

说明书

技术领域

本实用新型涉及宽带天线以及定向天线领域，具体涉及一种基于谐振式反射器的宽带定向天线。

背景技术

随着社会与科技的进步，无线通信技术得到了迅速的发展，信号的带宽也在不断的提高。超宽带(Ultra-Wideband)天线作为宽带通信系统中的核心器件也得到了长足的发展。然而，超宽带天线有一些普遍的缺点，比如为了提高带宽而不得不做出增益的牺牲；以及高频的方向图会恶化，等等。这些缺点严重影响通信质量。而且超宽带天线通常是全向辐射或者双向辐射的，而随着现代载体系统上的天线越来越多，电磁兼容是一个很大的问题；在需要高保密性以及高抗扰性的领域上应用价值也不大。解决这些不足之处的一个简单经济的办法是使用定向辐射的超宽带天线。

定向天线一般分为微带天线、对数周期天线、八木天线、抛物面天线、喇叭天线、Vivaldi天线和使用金属反射面的天线等。上述天线都具有较高的定向性，但是遗憾的是，它们都有自身的不足：微带天线由于在介质基板的另一面覆盖了金属层作为地板，可以取得很好的定向性，但是金属层的存在导致微带天线的阻抗带宽非常窄，通常只有5％左右；八木天线通常具有10dBi以上的前向增益，但是其固有的窄频带和端射的特性限制了它的应用范围；对数周期天线和Vivaldi天线属于非频变天线，它们具有很宽的阻抗带宽，同时在整个通频带内也可以保持比较稳定的方向性，但是其较大的尺寸及端射特性使其在便携式应用领域内毫无优势可言；而抛物面天线和喇叭天线同样由于相对较大的尺寸而被限制了应用范围。使用金属反射面的定向天线是在宽带天线上使用金属导体(可等效为理想导体，PerfectElectricConductor,PEC)作为反射面。根据PEC表面的边界条件，电场的切向分量为零，所以反射波会产生180°的相位差。因此必须保证天线与金属反射板的间距为四分之一波长，使得反射波与直射波在远场能够同相叠加。天线与金属反射板的间距为四分之一波长的要求使得在低频应用中天线将变得非常厚，而且天线的带宽也不宽；另外，为取得较好的定向性反射板的尺寸也需要较大，不利于小型化。而且，除微带天线外，上述其他天线都不属于低剖面结构。

近年随着电磁超材料(metamaterial)的发展，出现了一类使用人工磁导体(ArtificialMagneticConductor,AMC)作为反射面的定向天线。AMC是将强谐振结构周期排列的人工电磁材料，以模拟理想磁导体(PerfectMagneticConductor,PMC)的的特性，使得在特定频率实现零相位反射。由于AMC的零相位反射特性，将金属导体反射面换成AMC，理论上天线与AMC的距离可以无限靠近，因此可以实现低剖面的定向天线。而且，有些结构的AMC，如1999年美国学者D.Sievenpiper提出了的蘑菇型电磁带隙(Electromagneticband-gap,EBG)结构,零反射相位频段与高阻特性的带隙频段相同，因此使用其作为反射面还同时具有抑制表面波，改善旁瓣和后瓣的特性。但是AMC表面也有其缺点，首先这种表面的频带特别窄，难以得到宽带特性，更别说超宽带了；其次，AMC表面为周期性结构，需要多个周期才能实现良好功能，其平面尺寸较大；第三，AMC结构与天线的距离很近，二者间的耦合很强，因而使得天线的设计和优化效率低。

目前国内对于宽带定向天线的研究多为八木天线、抛物面天线、喇叭天线、采用金属反射板的天线等。如公告号为CN103825091A的中国实用新型专利申请公开的“超宽带定向天线”；公告号为CN102544721A的中国实用新型专利申请公开的“一种平面印刷宽带定向天线”；公告号为CN102738572A的中国实用新型专利申请公开的“宽带定向微带贴片天线”和公告号为CN101752669A的中国实用新型专利申请公开的“宽带高效率室内定向天线”。上述研究虽然通过一定的方法产生了一定的定向性，但是它们的前后比并不是特别高，而且所有的这些方法在设计上稍显复杂。这样增加了设计成本且在某些场合并不适用。还有，这些专利不能满足天线低剖面、小型化的要求。

实用新型内容

本实用新型所要解决的是天线加载传统金属反射板需要较高的剖面和天线加载AMC结构需要较大的面积以及较窄的频带的不足，提供一种基于谐振式反射器的宽带定向天线。

为解决上述问题，本实用新型是通过以下技术方案实现的：