[发明专利]一种使用石墨烯电磁带隙管扩大宽带平面天线阵列视场的结构及方法

说明书

本发明公开了一种使用石墨烯电磁带隙管扩大宽带平面天线阵列视场的结构，包括天线馈电盘、平面天线阵、石墨烯电磁带隙管阵列和反射地，平面天线阵包括偶数个天线负载，天线负载为圆环状且成对设置，天线负载和天线馈电盘连接，石墨烯电磁带隙管阵列由电磁带隙管周期性排列形成，放置在平面天线阵和与之平行的反射地之间，电磁带隙管与反射地垂直，电磁带隙管在垂直方向的位置可调。本发明的一种使用石墨烯电磁带隙管扩大宽带平面天线阵列视场的结构通过在宽带平面天线阵列中增加新材料制备的特定的电磁带隙结构，改善天线阵列扫描到宽角度时阵元的阻抗匹配特性从而实现宽带天线阵列在整个工作频带的大视场。

技术领域

本发明涉及一种实现宽带平面天线阵列大视角的结构和方法，属于微波工程和技术领域。

背景技术

石墨烯是一种由单层碳原子组成的二维碳纳米材料，这种二维材料的发现极大的掀起了一场技术革命，如异乎寻常的结构和它优异的导电性和导热性能，与超过所有一般材料的韧度。但是它的优越性能在微波频段段并没有被很好的挖掘和利用。这是因为它在低频段体现了很高的电阻特性。本方案巧妙的利用了现阶段可以实现的石墨烯工程应用，如并不是着眼于利用单层碳原子结构，这本身并不适用于微波段，而是通过制备多层石墨烯的结构和与其它导体掺杂的方式，以提高其在微波段的导电特性。因而可以将其应用于天线辐射体结构本身，也可以用这种材料制成不同的电磁带隙(EBG)结构，调整电磁波在平面阵列和发射地之间的传播模式，增加了经过反射地的电磁波传播路径中的电长度。这种基于石墨烯材料的带隙结构可以极大的改善天线阵列的性能，特别是增大阵列天线在低工作频段的视场。石墨烯应用于天线辐射体本身一般适合于对天线的效率要求不是太高的场合。

发明内容

发明目的：本发明解决了宽带阵列天线设计时的关键难点问题，即实现大的扫描视角和同时保持很宽的工作带宽，实现这些目标取决于阵列天线设计的结构本身和所使用的材料，本发明通过在宽带平面天线阵列中增加新材料制备的特定的电磁带隙结构，有效扩大宽带平面阵列天线的视场并保持宽带特性。

技术方案：一种使用石墨烯电磁带隙管扩大宽带平面天线阵列视场的结构，包括天线馈电盘、平面天线阵、石墨烯电磁带隙管阵列和反射地，平面天线阵包括偶数个天线负载，天线负载为圆环状且成对设置，天线负载和天线馈电盘连接，石墨烯电磁带隙管阵列由石墨烯电磁带隙管周期性排列形成，放置在平面天线阵和与之平行的反射地之间，石墨烯电磁带隙管与反射地垂直，石墨烯电磁带隙管在垂直方向的位置根据平面天线阵列扫描视角的范围要求可调。

进一步地于，石墨烯电磁带隙管设置在天线负载的正下方。

进一步地，天线负载采用石墨烯材料。

进一步地，石墨烯电磁带隙管所使用的材料的方阻与天线负载所使用的石墨烯材料的方阻值可以不同。

进一步地，所述石墨烯材料的方阻大于1欧姆/平方。

进一步地，天线馈电盘的材料为传统的电路板上导电材料铜。

进一步地，石墨烯电磁带隙管可以直接放置在反射地上，或者悬挂于天线负载水平面，或者设置在反射地和天线负载水平面之间，当石墨烯电磁带隙管悬挂于天线负载水平面，或者设置在反射地和天线负载水平面之间时，在石墨烯电磁带隙管与天线负载和反射地的空间使用低介电常数材料管支撑。

进一步地，低介电常数材料可以为EPS泡沫板。

进一步地，石墨烯电磁带隙管的形状可以是方柱型或者圆柱型，石墨烯电磁带隙管与天线负载和反射地无焊接。

一种在宽带平面天线阵列中使用石墨烯电磁带隙管的方法，包括如下步骤：

步骤1、根据平面天线阵的辐射扫描特性确定阵元间距，为避免栅瓣，阵元间距为最高工作频率点对应的半波长；

步骤2、确定天线负载圆环的外直径和内直径；