[发明专利]一种集成人工磁导体的多线极化可重构天线及其设计方法

说明书

本发明公开一种集成人工磁导体的多线极化可重构天线及其设计方法，包括上层和下层介质基板、上层和下层馈电圆片、上层和下层振子辐射贴片、上层和下层方形焊盘、人工磁导体结构上层和下层贴片、同轴馈线、直流铜柱，上层馈电圆片位于上层介质基板上方、下层馈电圆片位于上层介质基板下方，下层振子辐射贴片为七组且圆周等角度分布于下层馈电圆片周边，上层振子辐射贴片与上层馈电圆片之间、下层振子辐射贴片与下层馈电圆片之间均设置有PIN二极管，上层介质基板、下层介质基板贯穿同轴馈线将下层馈电圆片与下层馈电圆片相连接。该天线集成具有人工磁导体结构的反射器和蝴蝶结型宽带对称振子，具有低剖面、高增益、较宽带宽的特点。

技术领域

本发明涉及天线技术领域，特别涉及一种集成人工磁导体的多线极化可重构天线及其设计方法。

背景技术

随着电磁场与微波技术的高速发展与广泛应用，无线通信逐渐成为现代社会的主要通信手段之一。而天线作为无线通信中收发端的关键组成部分，其性能直接影响着无线通信系统的整个性能。如今，大容量、高速度、广范围的无线通信系统已经成为人们生活中不可或缺的设备，比如室内的Wi-Fi，室外的通信基站等。这也造成电磁环境越来越复杂，系统间的干扰也越来越强。于是，在1998年，可重构天线的概念首次被提出，它使得一般的天线可以改变它们的结构以实现功能的扩展。其中，极化可重构天线是可重构天线十分重要的一类。利用极化可重构天线，人们可以在有限的体积中，有效实现极化分集、频率复用、极化调制等，从而提高系统的容量，降低极化失配损耗等。

多线极化可重构天线是一类可在多个不同方向线极化之间切换的天线。由于线极化和圆极化之间总是存在50％的极化失配损耗，而多线极化可重构天线可以很好地解决单一极化天线之间的信号极化失配问题，并且，多线极化可重构天线往往能够实现更多的极化方向，拥有更多的极化选择，在极化调制、频率复用等方面具备巨大的优势。因此，近年来，多线极化可重构天线受到了广泛的关注。

另外，人工磁导体结构是一种超材料，在特定的频率范围内对平面波呈现同相反射的特性。当其应用于天线反射器设计时，利用其同相反射特性，可以避免传统理想导体(PEC)反射器与天线辐射体之间所需的1/4波长间隔。因此，利用人工磁导体结构设计天线反射器可以实现低剖面、高增益的天线。并且，人工磁导体结构还具有随频率连续可变的反射相位特性，能够有效改善微带天线的阻抗特性，扩展带宽。因此，人工磁导体结构在高性能天线设计、雷达目标隐身等方面有着重要的应用。

从目前已发表的文献和已公开的专利来看，极化可重构天线的研究多集中在左右旋圆极化可切和线极化与圆极化可切换的天线，多线极化可重构天线在近些年才刚起步，但发展势头迅猛。

中国发明专利(CN107978861A)提出了一款低剖面全向左右旋圆极化可重构天线，其虽然具备低剖面的特性，但由于其全向性，该天线的增益较低，且它不具备多线极化的特性。

中国发明专利(CN106356620A)提出一款宽带的极化可重构天线其具有两个线极化和两个圆极化。为了实现极化可重构的功能，加载了功分器和移相器，使得该天线整体较为复杂、体积较大。且其拥有的线极化数目也不能满足通常多线极化的应用场合。

杨琬琛博士等人在文献“A Polarization Reconfigurable Dipole AntennaUsing Polarization Rotation AMC Structure，IEEE Transactions on Antennas andPropagation,vol.63,no.12,pp.5305-5315,Dec.2015.”中利用人工磁导体结构反射器的极化扭转特性设计了一款线极化和圆极化切换的极化可重构天线，其具有低剖面的特性，且具有一定带宽，但它只有两个线极化方向，尚不能满足多线极化可重构天线的需求。