[发明专利]基于特征模理论优化的超表面可穿戴微带天线及优化方法

权利要求书

1.一种基于特征模理论优化的小型超表面可穿戴微带天线，其特征在于，包括微带天线层和超表面层；所述超表面层包括介质层(5)和位于介质层(5)上表面的通过特征模理论优化的超表面结构单元贴片阵列(6)；所述微带天线层包括介质基层(1)和位于介质基层(1)的上表面的导电贴片(2)，所述超表面层位于微带天线层的上表面，所述超表面层的介质层(5)与微带天线层的导电贴片(2)贴合，所述导电贴片(2)的边沿上伸出条状馈电微带线(3)；

其中，所述特征模理论优化是指计算优化前超表面结构单元贴片阵列排布时的模式显著性的值，得到模式显著性的值为1时的对应模式的谐振频率；

其中，所述超表面层的介质层(5)的形状为矩形，所述超表面结构单元贴片阵列(6)为由九个超表面结构单元贴片均匀排布构成的3×3阵列经特征模理论优化后去除中间行的六个超表面结构单元贴片构成的2×3阵列。

2.根据权利要求1所述的小型超表面可穿戴微带天线，其特征在于，所述微带天线层的介质基层(1)和导电贴片(2)的形状均为矩形，导电贴片(2)的短边上伸出条状馈电微带线(3)，条状馈电微带线(3)两边对称开有阻抗匹配开槽(4)。

3.根据权利要求1所述的小型超表面可穿戴微带天线，其特征在于，所述介质基层(1)与介质层(5)的长度均为73mm～77mm，宽度均为73mm～77mm，高度均为1.9mm～2.1mm；所述导电贴片(2)的长度为47.5mm～48.5mm，宽度为47.5mm～48.5mm，馈电微带线(3)的长度为18mm～20mm，宽度为4.9mm～5.1mm，阻抗匹配开槽(4)的长度为6.5mm～6.7mm，宽度为2.4mm～2.6mm；所述超表面结构单元贴片的长度为23.8mm～24.2mm，宽度为23.8mm～24.2mm。

4.根据权利要求1所述的小型超表面可穿戴微带天线，其特征在于，所述介质基层(1)与介质层(5)的长度均为75mm，宽度均为75mm，高度为均2mm；所述导电贴片(2)的长度为47.6mm，宽度为48mm；馈电微带线(3)的长度为19mm，宽度为5mm；阻抗匹配开槽(4)的长度为6.6mm，宽度为2.5mm；每个超表面结构单元贴片的长度为24mm，宽度也为24mm。

5.根据权利要求1所述的小型超表面可穿戴微带天线，其特征在于，所述介质基层(1)与介质层(5)所用材料均为低介电常数的毛毡材料；所述导电贴片(2)、边沿馈电微带线(3)和超表面层的超表面结构单元贴片阵列(6)的超表面贴片所用材料均为尼龙导电织物材料或铜皮。

6.根据权利要求1所述的小型超表面可穿戴微带天线，其特征在于，所述介质基层(1)与介质层(5)所用材料优选为介电常数为1.2的毛毡材料；导电贴片(2)、馈电微带线(3)所用材料为尼龙导电织物材料Nora-De11-CR，厚度为0.13mm，表面阻抗小于0.009Ω/sq。

7.根据权利要求1所述的小型超表面可穿戴微带天线，其特征在于，所述微带天线层和超表面层可以沿着总表面电流的方向以半径为R的圆弧向天线侧弯折，其中R取30mm、40mm、50mm、60mm。

8.一种基于特征模理论优化的小型化超表面可穿戴微带天线的超表面结构单元贴片排布设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)计算优化前超表面结构单元贴片阵列排布时的模式显著性的值，得到模式显著性的值为1时的对应模式的谐振频率；

2)计算在谐振频率时超表面结构单元贴片的表面电流分布；

3)根据表面电流分布特点，去除对整个天线的辐射贡献相互抵消的超表面结构单元贴片，得到优化后的超表面结构单元贴片阵列排布，实现天线的结构优化；

其中，所述超表面结构单元贴片阵列(6)为由九个超表面结构单元贴片均匀排布构成的3×3阵列经特征模理论优化后去除中间行的六个超表面结构单元贴片构成的2×3阵列。

9.根据权利要求8所述的超表面结构单元贴片排布设计方法，其特征在于，所述优化前超表面层结构单元贴片呈3×3阵列排布，模式显著性的值为1时的谐振频率为2.46GHz，计算在2.45GHz时超表面贴片的表面电流分布；得出位于中间行的两个对称结构单元贴片的表面电流分别沿逆时针和顺时针方向分布，其辐射场几乎相互抵消，得到优化后去除中间行的2×3阵列排布超表面层结构单元贴片阵列。