[发明专利]基于双层磁单负材料的亚波长谐振腔天线

说明书

技术领域

本发明涉及天线领域，具体的说，涉及一种基于双层磁单负材料的亚波长谐振腔天线。

背景技术

待接收信号的频段一定程度决定所需应用的天线的尺寸。以GHz波段信号的接收为例，国际和国内现用于接收GHz波段信号(例如太阳射电信号、卫星电视信号L、S、C、Ku波段)的天线主要是抛物面天线，这类天线体积大、重量大、维护费用高，特别是太阳射电成像系统中的天线更是如此。

相对于抛物面天线，微带贴片天线是一种平面天线，具有体积小、重量轻、剖面薄、易于加工、易与有源器件和电路集成为单一模块等诸多优点，在空间探测方面有诸多优势，已被用于星载卫星观测系统中。传统的微带贴片天线也具有一些不足，例如，可接收频带较窄、极化纯度差、寄生馈电辐射大等。传统的腔体微带贴片天线，利用谐振腔共振原理可实现高方向性，由于受金属反射面180反射相位的限制，谐振腔的厚度需要满足：其中d为谐振腔的厚度，λ为接收信号的波长，n为任意正整数，也就是说，谐振腔的厚度最小只能做到接收信号波长的二分之一，若将这种天线用于接收GHz波段信号，视信号需要将谐振腔厚度做到较大，天线整体厚度也限制了天线体积的减小。

特异材料是一种新型的人工材料，是指具有亚波长周期性结构的材料，利用材料表面周期性晶格的设计，可使局域共振机制起主导作用。特异材料的介电常数和磁导率可以同时为负值，或者其中之一为负值，或同时小于1。常规材料的电磁特性，主要源于组成材料本身的原子分子对电磁波的相应，特异材料的电磁特性主要源于人工谐振单元对电磁波的响应，利用其电磁波特殊的调控机理，可构造等效磁导率小于零而介电常数大于零的磁单负材料，磁单负材料属于特异材料的一种，由于磁单负材料的等效磁导率小于零，使其表面的反射相位为0，即产生同相反射，因此，利用磁单负材料的零反射相位特性，可以实现突破半波长尺度限制的谐振腔(亚波长谐振腔)，其谐振腔的厚度可以趋于零，从而可以实现天线系统的小型化。另外，磁单负材料可以用来抑制印刷天线的表面波损耗，从而改善辐射旁瓣和背散射性能。

公开号为CN101461097A的中国专利公开了一种采用AMC材料的便携式天线，包括第一层组和第二层组，第一层组和第二层组上下间隔平行设置，中间形成空腔层，其提供了一种三层结构的小型天线。但是其第一层为天线层，第二层为电路结构层，两层之间是用于隔绝天线层和电路曾的电磁屏蔽层，也就是说，其天线特性层仅为第一层，其他两层不具有天线的特性。虽然其也公开了贴片的结构，但贴片是经垂直导电空与固定底线连接的，为一种传统的天线设计结构。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术中，天线尺寸受接收信号波段影响，高波段信号要求接收天线体积大、重量大，以至此类天线存在不易与其他器件共形、维护困难的问题，基于磁单负特异材料特性及天线结构设计，提供一种体积小、重量轻结构灵活的天线，接收波段信号对此类天线体积及重量的影响小。

本发明的技术方案为：基于磁单负材料的亚波长谐振腔天线，包括间隔设置的全反射板和部分反射板，部分反射板与全反射板相反的一面为表面一，朝向全反射板的一面为表面二(即与表面一相反的一面为表面二)，表面一和表面二上均设置有贴片单元阵列，任意两个相邻的表面一贴片单元相接，且任意一个表面一贴片单元均包括至少一个空缺部；任意两个相邻的表面二贴片单元之间间隔设置；部分反射板的上下两表面上的贴片阵列起到调节部分反射板的反射特性的作用，既能调节信号的反射率，同时能调节信号的反射相位；全反射板朝向部分反射板的一面为表面三，表面三上设置有表面三贴片单元，间隔设置形成表面三贴片阵列，表面三上设置有辐射源，与表面三相反的一面为表面四，表面四涂覆金属层，作为全反射面，且这一面设置有馈电接头(馈电输出端)，馈电接头与辐射金属贴片相接，通过馈电接头输出天线信号。

优选为：表面一贴片单元、表面二贴片单元和表面三贴片单元均为规则对称形状。

优选为：表面一贴片单元为四边形，且四边形四个角部分形成四个空缺部。

优选为：表面一贴片单元为十字形贴片，任意两个相邻的十字形贴片相对的一边相接；表面二贴片单元和表面三贴片单元均为方形贴片。

优选为：表面二贴片单元具有两个切除部，或表面二贴片单元和表面三贴片单元均具有两个切除部，且两个切除部位于同一对角线或对称轴的两端。