[发明专利]一种基于共面双向叉指贴片结构的人工电介质表面

说明书

本发明公开了一种基于共面双向叉指贴片结构的人工电介质表面，其包括本体，所述本体包括由上至下依次设置的金属覆层和介质基板，金属覆层由大小相等的正方形金属贴片周期阵列而成，正方形金属贴片的四个边的边缘均设有周期性凸起，相邻两凸起之间形成凹槽，相邻两正方形金属贴片上的凸起均互相插入彼此的凹槽中，且与凹槽的内壁设有间隙。本发明的基于共面双向叉指贴片结构的人工电介质表面的等效相对介电常数的调节范围较宽，上限值较高，可以满足现有高性能应用场合下对电磁波灵活调控的需要，可以满足在较高微波频率比如在20GHz以上实现较高相对介电常数的要求，其只有单面金属图案，加工成本显著降低。

技术领域

本发明涉及人工电介质表面技术领域，特别涉及一种基于共面双向叉指贴片结构的人工电介质表面。

背景技术

人工电介质表面是用亚波长人工结构周期排列而成的具有等效介电特性的人工结构。近年来，人工电介质表面被大量应用于微波和天线工程中，如用于减小微波器件尺寸、增加天线的定向性、实现天线波束调控等。在透镜天线的应用中，人工电介质表面在折射率、阻抗、极化方面都有着明显的优势。例如在梯度指数(GRIN)超材料透镜天线中，方环形人工电介质表面用于增加带宽和实现双极化；在IML结构透镜天线中，H形人工电介质表面用于实现带宽增强，光束聚焦，增益增强和极化效率；在Luneburg透镜天线中，双圆环形人工电介质表面提供了增益和方向性的增强等等。

人工电介质表面根据其组成单元结构的不同可以划分成不同类型，典型的单元结构类型有工形结构、方环形结构等。而基于工形和方环形单元结构的人工电介质表面的相对介电常数可调范围较窄，不能满足现有高性能应用场合下对电磁波灵活调控的需要；谐振频率较低，难以满足在较高微波频率比如在20GHz以上实现较高相对介电常数的要求。

此外一些新型的人工电介质表面，比如以紧耦合双面贴片结构或者双面正交叉指条带结构作为基本周期单元的人工电介质表面，其工作原理和工形人工电介质、方环形人工电介质表面相仿，它们虽然能够在较高微波频段上实现较高相对介电常数且有较宽的相对介电常数调节范围，但每个单元需要通过PCB工艺刻蚀出双面金属图案，加工成本较高。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明目的在于提供一种结构合理，谐振频率较高，相对介电常数可调范围较宽，能满足在较高微波频段的应用场合下对电磁波灵活调控的人工电介质表面。其采用如下技术方案：

一种基于共面双向叉指贴片结构的人工电介质表面，其包括本体，所述本体包括由上至下依次设置的金属覆层和介质基板，所述金属覆层由大小相等的正方形金属贴片在XY平面周期阵列而成，所述正方形金属贴片的四个边的边缘均设有周期性凸起，相邻两凸起之间形成凹槽，相邻两正方形金属贴片上的凸起均互相插入彼此的凹槽中，且与凹槽的内壁设有间隙。

作为本发明的进一步改进，所述凸起和凹槽均为矩形，所述凸起的两侧边与所述凹槽的两侧壁的间隙相等。

作为本发明的进一步改进，所述介质基板为聚酰亚胺挠性CCL板材，所述介质基板的厚度ts＝0.0254mm，相对介电常数为3.5，损耗角正切Df＝0.018，所述金属覆层材料为铜，所述金属覆层的厚度tf＝0.018mm，所述凸起的长度l＝0.3mm，所述凸起的宽度w＝0.15mm，所述凸起到相邻正方形金属贴片上凹槽的底部距离为s＝0.15mm，所述凸起的侧边与所述凹槽的侧壁的间隙g＝0.15mm。

作为本发明的进一步改进，所述正方形金属贴片的一个角设有转角连接部，相邻三个正方形金属贴片分别与所述转角连接部配合形成间隙。

作为本发明的进一步改进，包括多个所述本体，所述本体沿Z方向周期排列。

本发明的有益效果：

本发明的基于共面双向叉指贴片结构的人工电介质表面的等效相对介电常数的调节范围较宽，上限值较高，可以满足现有高性能应用场合下对电磁波灵活调控的需要。