[发明专利]一种基于超材料结构的柔性天线及信号传输装置

说明书

一种基于超材料结构的柔性天线及信号传输装置，涉及微波天线工程技术领域，包括：介质基板，用于为所述柔性天线提供支撑；缺陷地结构，用于为所述柔性天线中的表面电流提供天线地，所述缺陷地结构表面开有若干个形状尺寸相同的凹槽使所述缺陷地结构具有超材料特性；微带振子，用于辐射所述柔性天线信号。本发明提供的一种基于超材料结构的柔性天线，具有高增益和超宽带等优点，可与各种载体进行共形，成本低廉，应用广泛，设计性强。

技术领域

本发明涉及微波天线工程技术领域，尤其涉及一种基于超材料结构的柔性天线及信 号传输装置。

背景技术

很多实际工程应用中，要求天线能够与给定的物体结构外形紧密的结合在一起，这 些结构可以是载体的某些位置或载体本身。天线领域一般将能够与安装载体结构的形状 或者外形相同的天线形式称之为共形天线。天线与载体共形后，能够大大减小载体运动中的流体阻力，提高载体各项性能，降低载体结构设计难度，因此各个场景下的共性天 线技术是当今天线设计的重要课题。

柔性天线指的是使用柔性材料加工的天线，天线具在一定弯曲、拉伸、折叠等条件下仍可向外辐射电磁波的特性。得益于这种特性，柔性天线在飞行器、车辆、船舶等需 要天线共形的场景中有大量应用。目前柔性天线使用的基板材料一般有液晶聚合物、聚 酰亚胺、织物甚至柔性纳米材料等。但现有的柔性天线往往存在增益偏小和工作频带窄 等缺陷，这在一定程度上制约了柔性天线的应用和发展。

传统的微波传输介质，介电常数和磁导率均为正值，根据麦克斯韦方程组，波在其中传播时，其电场、磁场和波矢满足右手定则，此时相位常数β0。20世纪60年代， 科学家发现当传输介质的介电常数和磁导率均为负数时，波仍然可以正常传播，此时电 场、磁场和波矢满足左手定则，因此称为左手材料，也称为超材料。超材料具有负折射 特性、后向辐射特性、平板会聚、倏逝波放大、逆多普勒频移、逆切伦柯夫辐射等很多 神奇的特性，但自然界中并不存在介电常数和磁导率均为负数的材质，因此有关超材料 的研究一度搁浅。直到21世纪初，美国多位科学家实现了人造超材料的设计与实验验证， 为经典电磁理论开辟了新的研究空间。目前，超材料部分研究成果已逐渐步入应用阶段， 诸如基于超材料的隐身材料等已在航空、航天和军事等领域大放异彩。

得益于超材料超常的物理性质，基于人工复合结构的超材料设计出的天线往往具有 高增益、大带宽等特点。目前，以左手材料，光子晶体，频率选择表面为代表的超材料，在光学成像，超宽带天线，电磁波隐形等领域有广泛的应用前景。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种基于超材料结构的柔性天线及信号传输装置，其优点 在于，将人工复合超材料的设计思想引入柔性微带天线的设计中，在微带地中构造具有频率选择特性的缺陷地结构，使得相比于传统柔性微带天线，本发明中提供的基于超材 料结构的柔性微带天线具有高增益和超宽带等优点，可与各种载体进行共形，成本低廉， 应用广泛，设计性强。

根据本发明的第一方面，提供了一种基于超材料结构的柔性天线，包括：

介质基板，用于为所述柔性天线提供支撑；

缺陷地结构，用于为所述柔性天线中的表面电流提供天线地，所述缺陷地结构表面 开有若干个形状尺寸相同的凹槽，使所述缺陷地结构具有超材料特性；

微带振子，用于辐射所述柔性天线信号。

进一步的，所述凹槽成排设置，每排中的若干个凹槽均等距间隔，临近两排凹槽之间相互交错分布。

进一步的，所述凹槽为十字型槽，所述十字型槽包括相互垂直的第一线型槽和第二 线型槽，所述第一线型槽的中点处和所述第二线型槽的中点处相互交叉。

进一步的，通过对十字型槽尺寸的控制，能够改变所述柔性天线的等效介电常数和 等效磁导率，进而改变所述柔性天线的反射系数，使所述柔性天线具有超宽带和高增益的特性。