CN101217216A - 基于人工电磁结构的超宽带赋形天线 - Google Patents

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程强
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Abstract

基于人工电磁结构的超宽带赋形天线，包括渐变槽线天线结构1，人工电磁结构2和用于馈电的微带槽线转接头3，其中微带槽线转接头3位于介质基板背面、渐变槽线天线结构1的最窄缝隙正下方。由渐变斜线微带结构加末端扇形开路贴片组成的过渡接头3实现了对渐变槽线天线的超宽带馈电功能，而渐变槽线天线结构1根据不同性能及尺寸的需要选择不同的渐变外形曲线如斜线、二次曲线、指数及其分段复合函数曲线等。调节放置于槽线天线前端的人工电磁结构2的各单元尺寸，即可实现所需辐射方向图的赋形。本发明具有赋形设计自由度大，加工制作方便，体积小重量轻，易于共型集成等优点。

Description

基于人工电磁结构的超宽带赋形天线
技术领域
本发明涉及一种超宽带天线，尤其涉及一种基于人工电磁结构的超宽带赋形天线，通过设计调节人工电磁结构不同尺寸单元的排布，实现空间移相的功能，进而实现所需电磁辐射方向图的赋形。
背景技术
新型人工电磁结构具有电磁参数任意可变的特性，通过改变结构的尺寸形状即可获得所需的任意介电常数、磁导率等，这就为设计新型的微波器件及天线提供了更多可能。目前国内外学者已用新型人工电磁结构来设计实现对电磁波的控制，如将其用于隐身大衣的设计，使得目标的反射系数及电磁阴影急剧降低从而有效实现电磁隐身，另外也有学者将周期排列的新型人工电磁结构用于电磁偏折器及透镜天线等设计中，从而达到对电磁波的偏转及汇聚传播。只是鉴于此类电磁结构对电磁极化有特定的要求，如要将新型人工电磁结构集成用于天线的赋形方向图设计就必须选择设计适当的天线及新型人工电磁结构。
发明内容
技术问题：本发明的发明目的是提供一种可实现方向图赋形的基于新型人工电磁结构的超宽带赋形天线，该超宽带赋形天线满足共型集成化的要求，并在特定频率上满足方向图赋形的要求。
技术方案：本发明的基于人工电磁结构的超宽带赋形天线包括印刷在介质基板正面的渐变槽线天线结构、人工电磁结构，以及印刷在介质基板背面的用于馈电的微带槽线转接头；渐变槽线天线结构的中间为喇叭状的开口，人工电磁结构位于该开口处，微带槽线转接头位于介质基板背面、渐变槽线天线结构的最窄缝隙正下方。
所述的渐变槽线天线结构的渐变外形曲线为斜线、或二次曲线、或指数及其分段复合函数曲线。所述的人工电磁结构总体等效为离散分布的空间移相器阵列，其形状为变化的开口谐振环结构、或等效电感电容串联电谐振结构、或者是其他的等效为折射率可变结构。
所述的微带槽线转接头由渐变斜线微带结构加末端扇形的开路贴片组成，提供宽频带耦合馈电。
所述的渐变槽线天线结构，人工电磁结构和用于馈电的微带槽线转接头集成在平面电路中，通过设计调节人工电磁结构不同尺寸单元的排布，实现空间移相的功能，进而实现所需电磁辐射方向图的赋形。
由渐变斜线微带结构加末端扇形开路贴片组成的过渡接头实现对渐变槽线天线的超宽带馈电功能，而渐变槽线天线根据不同性能及尺寸的需要选择不同的渐变外形曲线如斜线、二次曲线、指数及其分段复合函数曲线等。人工电磁结构放置在槽线天线的前端，通过改变每个单元结构的尺寸大小即可获得不同电磁参数的等效介质特性，实现方向图赋形所需的离散相移。所述的渐变槽线天线结构，人工电磁结构和用于馈电的微带槽线转接头均可集成制作在一个印刷电路板的两侧，因此具备了易加工成本低及天线辐射方向图赋形容易等特点。
有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、本发明具有天线辐射方向图赋形设计自由度大且分析设计容易的优点。传统天线赋形或基于二次辐射面的外形赋形设计，或基于多个移相器的移相控制，而无论是外形赋形还是移相控制实现的赋形天线均存在着分析设计困难的缺点。而本发明将新型人工电磁结构集成设计在超宽带赋形天线的前端，根据方向图设计所需的离散移相度数即可方便的设计出所需单元尺寸，进而实现特定频率上的任意赋形辐射要求。
2、本发明具有加工容易，成本低的优点。传统赋形天线若是基于外形赋形就要求有较高的加工精度，而基于移相器控制的又增加了移相器的设计问题，而且两种传统主流设计方案及加工成本相对较高。而本发明可以直接制作在印刷电路板上，一次成形无需后期调试，无论是加工容易度还是成本都大大降低。
3、本发明具有体积小重量轻，易于共型集成使用的优点。本发明将天线和赋形部分集成到了平面印刷电路板上，这就为实际安装甚至是共型集成化使用带来了极大的自由度。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。其中，图1a是介质基板正面结构示意图，图1b是介质基板反面结构示意图。
图2是本发明的一种具体结构的反射系数全波仿真结果。
图3是本发明的上述具体结构在不同工作频率下的电场方向图。
图4是本发明的上述具体结构在不同工作频率下的增益特性曲线。
以上的图中有：渐变槽线天线结构1，人工电磁结构2、微带槽线转接头3。
具体实施方式
本发明的基于人工电磁结构的超宽带赋形天线包括印刷在介质基板正面的渐变槽线天线结构1、人工电磁结构2，以及印刷在介质基板背面的用于馈电的微带槽线转接头3；渐变槽线天线结构1的中间为喇叭状的开口，人工电磁结构2位于该开口处，微带槽线转接头3位于介质基板背面、渐变槽线天线结构1的最窄缝隙正下方。所述的渐变槽线天线结构1的渐变外形曲线为斜线、或二次曲线、或指数及其分段复合函数曲线。所述的人工电磁结构2总体等效为离散分布的空间移相器阵列，其形状为变化的开口谐振环结构、或等效电感电容串联电谐振结构、或者是其他的等效为折射率可变结构。在所述的微带槽线转接头3由渐变斜线微带结构加末端扇形的开路贴片组成，提供宽频带耦合馈电。在此，提供一种具体的验证结构为渐变槽线天线结构1的外形曲线由一段斜直线加一段圆弧曲线组成，完成从2.2GHz∽15.7GHz超宽带频段的辐射；人工电磁结构2选用2×3的渐变尺寸开口谐振环单元，通过设计选择不同开口环处缝隙的宽度实现不同移相度数进而实现对电磁波辐射的赋形；而微带槽线转接头则由渐变斜线微带结构加末端扇形的开路贴片组成，提供宽频带耦合馈电。
图2给出了上述具体结构发明的反射系数全波仿真结果，而图3图4给出了上述具体结构在不同工作频率下的电场方向图及增益特性。从上述结果我们可以看出，本发明的基于新型人工电磁结构的超宽带赋形天线首先具备了超宽带天线的基本功能，而且在特定频段上实现了辐射方向图的偏折赋形，这也为设计具有复杂赋形功能的天线提供了新途径和良好开端。

Claims (4)

1.一种基于人工电磁结构的超宽带赋形天线，其特征在于该天线包括印刷在介质基板正面的渐变槽线天线结构(1)、人工电磁结构(2)，以及印刷在介质基板背面的用于馈电的微带槽线转接头(3)；渐变槽线天线结构(1)的中间为喇叭状的开口，人工电磁结构(2)位于该开口处，微带槽线转接头(3)位于介质基板背面、渐变槽线天线结构(1)的最窄缝隙正下方。
2.根据权利要求1所述的基于人工电磁结构的超宽带赋形天线，其特征在于所述的渐变槽线天线结构(1)的渐变外形曲线为斜线、或二次曲线、或指数及其分段复合函数曲线。
3.根据权利要求1所述的基于人工电磁结构的超宽带赋形天线，其特征在于所述的人工电磁结构(2)总体等效为离散分布的空间移相器阵列，其形状为变化的开口谐振环结构、或等效电感电容串联电谐振结构、或者是其他的等效为折射率可变结构。
4.根据权利要求1所述的基于人工电磁结构的超宽带赋形天线，其特征在于在所述的微带槽线转接头(3)由渐变斜线微带结构加末端扇形的开路贴片组成，提供宽频带耦合馈电。
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