CN105811118A - 一种天线 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种天线,可以在不改变反射板结构的条件下提高前后比和交叉极化隔离。该天线包括天线振子、反射板,该天线振子设置在该反射板上,该天线还包括吸波材料层,该吸波材料层设置于该反射板背向该天线振子的外表面的一侧。

Description

一种天线
技术领域
本发明涉及天线领域,尤其是涉及一种电气性能得到提升的天线。
背景技术
天线前后比和交叉极化都是衡量天线性能的重要参数。天线的前后比是指天线方向图中主瓣的最大辐射方向(规定为0°)的功率通量密度与相反方向附近(规定为180°±20°范围)的最大功率通量密度之比值。表明了天线对后瓣抑制的好坏,天线的前后比较低会导致天线背面区域干扰的问题。天线的交叉极化是指天线辐射远场的电场矢量与主极化方向正交的方向上存在分量。
现有技术为了达到提高前后比和交叉极化隔离的效果,会对反射板进行改动,如增加反射板面积、提高反射板边沿结构复杂度等等。然而对反射板尺寸增大会相应增加天线横截面积,而提高反射板边沿结构复杂度则会增加加工难度和产品成本。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种天线,可以在不改变反射板结构的条件下提高前后比和交叉极化隔离。
本发明为解决上述技术问题而采用的技术方案是一种天线,包括天线振子、反射板,该天线振子设置在该反射板上,该天线还包括吸波材料层,该吸波材料层设置于该反射板背向该天线振子的外表面的一侧。
在本发明的一实施例中,该吸波材料层贴覆于该反射板的背向该天线振子的外表面,或该吸波材料层间隙设置于该反射板的背向该天线振子的外表面。
在本发明的一实施例中,该天线还包括天线罩,该天线振子和该反射板设置在天线罩内,该吸波材料层设置于该天线罩与反射板之间。
在本发明的一实施例中,该反射板具有底板、第一侧板和第二侧板,该第一侧板和该第二侧板位置相对,该天线振子设于该底板上,该天线罩至少包围该底板、该第一侧板和该第二侧板,该吸波材料层至少设置于该天线罩和该第一侧板之间以及该天线罩和该第二侧板之间。
在本发明的一实施例中,该吸波材料层贴覆于该第一侧板的面向该天线罩的外表面以及贴覆于该第二侧板的面向该天线罩的外表面,或该吸波材料层贴覆于该天线罩面向该第一侧板和该第二侧板的内表面。
在本发明的一实施例中,该吸波材料层还设置在该天线罩和该底板之间。
在本发明的一实施例中,该吸波材料层贴覆于该底板的面向该天线罩的外表面,或该吸波材料层贴覆于该天线罩面向该底板的内表面。
在本发明的一实施例中,该吸波材料层结合于一金属层,该金属层设置于该天线罩面向该第一侧板和该第二侧板的内表面。
在本发明的一实施例中,该金属层还设置于该天线罩面向该底板的内表面。
在本发明的一实施例中,该天线振子的数量为多个并形成振子阵列,该吸波材料层覆盖反射板上对应振子阵列的区域的外表面,且该吸波材料层的布置是以振子阵列为中心。
在本发明的一实施例中,该吸波材料层包括磁性电磁吸波材料层以及与磁性电磁吸波材料层相结合的导电几何结构层;该导电几何结构层由依次排布的多个导电几何结构单元组成,每个导电几何结构单元包括非封闭的环状导电几何结构,该环状导电几何结构的开口处设置有相对平行的两个条形结构。
在本发明的一实施例中,该环状导电几何结构设置有一个以上的该开口。
在本发明的一实施例中,该环状导电几何结构呈圆形、椭圆形、三角形或多边形。
在本发明的一实施例中,该吸波材料层的介电常数为5-30,磁导率为1-7。
在本发明的一实施例中,该导电几何结构单元呈周期阵列排布。
在本发明的一实施例中,该磁性电磁吸波材料层的表面上设置有金属层。
在本发明的一实施例中,该磁性电磁吸波材料层是吸波贴片材料。
在本发明的一实施例中,该导电几何结构单元附着于该磁性电磁吸波材料层或者嵌入在该磁性电磁吸波材料层中。
在本发明的一实施例中,该磁性电磁吸波材料层包括基体以及结合于该基体的吸收剂。
在本发明的一实施例中,该导电几何结构单元是具有外接圆的形状,该外接圆的直径为工作频段自由空间电磁波长的1/20-1/5。
在本发明的一实施例中,该吸波材料层的工作频率在0.8-2.7GHz频率段内,该导电几何结构单元的厚度大于对应该工作频率段的该导电几何结构单元的趋肤深度。
在本发明的一实施例中,该吸波材料层的工作频率在0.8-2.7GHz频率段内,该金属层的厚度大于对应所述工作频率段的所述金属层的趋肤深度。
在本发明的一实施例中,该环状导电几何结构及条形结构的线宽均为W,0.1mm≤W≤1mm。
在本发明的一实施例中,该环状导电几何结构及条形结构的厚度均为H,0.005mm≤H≤0.05mm。
本发明由于采用以上技术方案,使之与现有技术相比,能够提升天线的电气性能,具体表现为:设置于反射板背向天线振子的外表面一侧的吸波材料层,能够吸收来自天线上反射板边沿衍射至后向的电磁波,进而提升天线的前后比和交叉极化隔离。并且吸波材料不会额外显著增加原料成本,另外天线安装方便不会为天线组装增加难度。
在本发明的实施例中,该吸波材料层包括磁性电磁吸波材料层以及与磁性电磁吸波材料层相结合的导电几何结构层,导电几何结构层可以将吸波材料层所需工作频率内的电磁波进行集中吸收,便于下面设置的磁性电磁吸波材料层吸收,另增加的金属层会将吸收的电磁波反射到磁性电磁吸波材料层进行二次吸收,达到更佳的吸波效果。
附图说明
为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂,以下结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明,其中:
图1是本发明第一实施例的天线的立体结构图。
图2是本发明第二实施例的天线的立体结构图。
图3是本发明第三实施例的天线的立体结构图。
图4是本发明实施例的带吸波材料的天线与已有不带吸波材料的天线的方向图在1710MHz时的对比。
图5是本发明实施例的带吸波材料的天线与已有不带吸波材料的天线的方向图在1990MHz时的对比。
图6是本发明实施例的带吸波材料的天线与已有不带吸波材料的天线的方向图在2170MHz时的对比。
图7是本发明较佳实施例的带吸波超材料的天线与已有不带吸波超材料的天线的方向图在1710MHz时的对比。
图8是本发明较佳实施例的带吸波超材料的天线与已有不带吸波超材料的天线的方向图在1990MHz时的对比。
图9是本发明较佳实施例的带吸波超材料的天线与已有不带吸波超材料的天线的方向图在2170MHz时的对比。
图10为本发明第一较佳实施例中的电磁吸波超材料的一个单元的示意图;
图11为本发明第一较佳实施例中的电磁吸波超材料的多个单元的排布规律的示意图;
图12为本发明第一较佳实施例中的电磁吸波超材料在TE模式下的反射率曲线图;
图13为本发明第一较佳实施例中的电磁吸波超材料在TM模式下的反射率曲线图;
图14为本发明第二较佳实施例中的电磁吸波超材料的多个单元的排布规律的示意图;
图15为本发明第二较佳实施例中的电磁吸波超材料在TE模式下的反射率曲线图;
图16为本发明第二较佳实施例中的电磁吸波超材料在TM模式下的反射率曲线图;
图17为本发明第三较佳实施例中的电磁吸波超材料的多个单元的排布规律的示意图;
图18为本发明第三较佳实施例中的电磁吸波超材料在TE模式下的反射率曲线图;
图19为本发明第三较佳实施例中的电磁吸波超材料在TM模式下的反射率曲线图;
图20为本发明第四较佳实施例中的电磁吸波超材料在TE模式下的反射率曲线图;
图21为本发明第四较佳实施例中的电磁吸波超材料在TM模式下的反射率曲线图。
具体实施方式
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明,但是本发明还可以采用其它不同于在此描述的其它方式来实施,因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
本发明的实施例描述一种天线,能够提升前后比和交叉极化等性能,为所应用的***改进后向干扰,减轻收发干扰,提升通信容量。
根据本发明的实施例,在天线中引入了吸波材料,吸收来自天线反射板边沿衍射至后向的电磁波,从而避免对天线反射板的结构改动。
下面具体描述本发明的各个实施例。
第一实施例
图1是本发明第一实施例的天线的立体结构图。参考图1所示,本实施例所的天线10,包括天线振子11、反射板12、天线罩13和吸波材料层14。
反射板12具有底板12a、第一侧板12b、第二侧板12c。第一侧板12b和第二侧板12c相对。反射板12还可具有第三侧板和第四侧板(图未示出)。第三侧板和第四侧板相对。第三侧板与第一侧板12b和第二侧板12c相邻,第四侧板也与第一侧板12b和第二侧板12c相邻。作为举例,第一侧板12b和第二侧板12c可呈规则的矩形,第三侧板和第四侧板则是在矩形的基础上形成切角。例如将矩形的一个或多个角切掉,变成斜边。
天线振子11设于底板12a之上。在本实施例中不限定天线振子11的形态及其与底板12a之间的结合方式。
天线罩13至少包围反射板12的底板12a、第一侧板12b和第二侧板12c。图1中去除了部分天线罩以使得反射板12的结构可见。如图可见,天线罩13并不与反射板12接触,而是与整个反射板12之间具有间隙。可以理解,天线罩的设置是可选的,天线10可以不包含天线罩。
吸波材料层14理论上可设置于反射板12的背向天线振子11的外表面。在设置天线罩13的实施例中,吸波材料层14是设置于天线罩13和反射板12的第一侧板12b之间以及天线罩13和第二侧板12c之间,以实现所期望的吸波性能。
在本实施例中,吸波材料层14贴覆于第一侧板12b的面向天线罩13的外表面以及贴覆于第二侧板12c的面向天线罩13的外表面。在本实施例中,吸波材料层14与反射板的连接方式可包括粘接和铆接。
吸波材料是一种重要的功能复合材料,最先应用于军事上,可以降低军用目标的雷达散射截面。随着科学技术的发展开始,电子元器件日益集成化、小型化和高频化,吸波材料在民用领域应用越来越广泛,如作为微波暗室材料,微衰减器元件及微波成型加工技术等。
吸波材料通常是通过基体材料和吸波剂混合制得的复合材料。基体材料主要包括涂料型,陶瓷型,橡胶型和塑料型,吸波剂主要有无机铁磁性和铁氧体磁性物质和导电聚合物及碳基材料等。
吸波材料可以是第一至第四较佳实施例所描述的吸波超材料。
在此实施例中,吸波材料的参数是:垂直入射反射率R在1GHz时R<-1dB,在2GHz时R<-3dB,介电常数5-30,磁导率1-7。
在覆盖范围上,吸波材料层14可覆盖反射板包含振子阵列的区域的外表面,且吸波材料层14的布置是以振子阵列为中心。
第二实施例
图2是本发明第二实施例的天线的立体结构图。参考图2所示,本实施例所的天线20,包括天线振子21、反射板22、天线罩23和吸波材料层24。
反射板22具有底板22a、第一侧板22b、第二侧板22c。第一侧板22b和第二侧板22c相对。反射板22还可具有第三侧板和第四侧板(图未示出)。第三侧板和第四侧板相对。第三侧板与第一侧板22b和第二侧板22c相邻,第四侧板也与第一侧板22b和第二侧板22c相邻。作为举例,第一侧板22b和第二侧板22c可呈规则的矩形,第三侧板和第四侧板则是在矩形的基础上形成切角。
天线振子21设于底板22a之上。在本实施例中不限定天线振子21的形态及其与底板22a之间的结合方式。
天线罩23至少包围反射板22的底板22a、第一侧板22b和第二侧板22c。图2中去除了部分天线罩以使得反射板22的结构可见。如图可见,天线罩23并不与反射板22接触,而是与整个反射板22之间具有间隙。可以理解,天线罩的设置是可选的,天线20可以不包含天线罩。
吸波材料层24理论上可设置于反射板22的背向天线振子21的外表面。在设置天线罩23的实施例中,吸波材料层24是设置于天线罩23和反射板22的第一侧板22b之间以及天线罩23和第二侧板22c之间,以实现所期望的吸波性能。
在本实施例中,吸波材料层24贴覆于天线罩23上,且位于天线罩23面向第一侧板22b和第二侧板22c的内表面。为了达到更好的效果,吸波材料层24还位于天线罩23面向底板22a的内表面。在此,吸波材料层24与天线罩23的连接方式可包括粘接或者铆接。或者,天线罩33可以与吸波材料层34的粘接部位表面金属化后再粘接吸波材料层34。天线罩23可内置凹槽,用于放置吸波材料。
吸波材料可以是第一至第四较佳实施例所描述的吸波超材料。
在此实施例中,吸波材料的参数是:垂直入射反射率R在1GHz时R<-1dB,在2GHz时R<-3dB,介电常数5-30,磁导率1-7。
在覆盖范围上,吸波材料层24可覆盖反射板包含振子阵列的区域的外表面,且吸波材料层24的布置是以振子阵列为中心。
第三实施例
图3是本发明第三实施例的天线的立体结构图。参考图3所示,本实施例所的天线30,包括天线振子31、反射板32、天线罩33和吸波材料层34。
反射板32具有底板32a、第一侧板32b、第二侧板32c。第一侧板32b和第二侧板32c相对。反射板32还可具有第三侧板和第四侧板(图未示出)。第三侧板和第四侧板相对。第三侧板与第一侧板32b和第二侧板32c相邻,第四侧板也与第一侧板32b和第二侧板32c相邻。作为举例,第一侧板32b和第二侧板32c可呈规则的矩形,第三侧板和第四侧板则是在矩形的基础上形成切角。
天线振子31设于底板32a之上。在本实施例中不限定天线振子31的形态及其与底板32a之间的结合方式。
天线罩33至少包围反射板32的底板32a、第一侧板32b和第二侧板32c。图3中去除了部分天线罩以使得反射板22的结构可见。如图可见,天线罩33并不与反射板32接触,而是与整个反射板32之间具有间隙。可以理解,天线罩的设置是可选的,天线30可以不包含天线罩。
吸波材料层34理论上可设置于反射板32的背向天线振子31的外表面。在设置天线罩33的实施例中,吸波材料层34是设置于天线罩33和反射板32的第一侧板32b之间以及天线罩33和第二侧板32c之间,以实现所期望的吸波性能。
在本实施例中,吸波材料层34结合于一金属层35,金属层35位于天线罩33面向第一侧板32b和第二侧板32c的内表面。为了达到更好的效果,金属层35还位于天线罩23面向底板32a的内表面。在此,吸波材料层34与金属层35的连接方式可包括粘接和铆接。金属层35与天线罩33的连接方式可包括粘接和铆接。天线罩33内可设置凹槽,用来放置金属层35和吸波材料层34。金属层可以例如是铜箔。
吸波材料可以是第一至第四较佳实施例所描述的吸波超材料。
在此实施例中,吸波材料的参数是:垂直入射反射率R在1GHz时R<-1dB,在2GHz时R<-3dB,介电常数5-30,磁导率1-7。
在覆盖范围上,吸波材料层34可覆盖反射板包含振子阵列的区域的外表面,且吸波材料层34的布置是以振子阵列为中心。
在下文中,网格是以导电几何结构单元的中心为节点,相邻节点间连线形成,其用于描述导电几何结构单元的排布规律。
第一较佳实施例
如图10所示,吸波超材料包括磁性电磁吸波材料层2以及与磁性电磁吸波材料层2相结合的导电几何结构单元1。磁性电磁吸波材料层2可以是以橡胶为基体结合电磁波吸收剂,电磁波吸收剂可以是颗粒铁氧体或者微米/亚微米金属颗粒吸收剂或者磁性纤维吸收剂或者纳米磁性吸收剂,其可以通过掺杂或者配比的方式结合于橡胶基体中。磁性电磁吸波材料层2可以是吸波贴片材料,具有较小的厚度并能自动化生产。磁性电磁吸波材料层2的厚度和电磁参数可以根据吸波超材料的工作频段来设定,工作频率段为0.8-2.7GHz,吸波超材料的介电常数为5-30,磁导率为1-7,此时垂直入射反射率R为在1GHz时R<-1dB,在2GHz时R<-3dB。导电几何结构单元1呈两个开口的圆形,在开口处设置有平行的金属条带1a。如图11所示,导电几何结构单元1的排布规律为成周期规律,周期规律表现为平面内相互垂直的两个方向周期性排布,以方形网格形式延伸,但排布规律不限于此,可以是错位排布或者无序排布或者不均匀排布。在磁性电磁吸波材料层2的背侧还可设置有金属层3。金属层3是选择性设置的,在一些应用场合,可以省略金属层3。例如在第三实施例中,由于吸波材料层已经附着在金属层上,吸波材料层内部不再设置金属层。导电几何结构单元1的材料可以是铜、银、金。导电几何结构单元1的厚度大于工作频率段的趋肤深度。导电几何结构单元1及其金属条带1a的线宽均为W,厚度均为H,其可以设置成0.1mm≤W≤1mm,0.005mm≤H≤0.05mm,在该尺寸范围内的导电几何结构单元1具有良好的吸波效果。导电几何结构单元1是具有外接圆的形状,其外接圆的直径可以设定成工作频段自由空间电磁波长的1/20~1/5。导电几何结构单元1的外接圆即为其本身限定的圆形。在其他实施例中,外接圆可以是由最外侧的端点限定的圆。金属层3的厚度可以设置成大于对应工作频段的趋肤深度。趋肤深度是当频率很高的电流通过导体时,可以认为电流只在导体表面上很薄的一层中流过,所述很薄的一层的厚度就是趋肤深度。当金属层3的厚度的设置以趋肤深度为参考,可以省略导体中心部分的材料。
导电几何结构单元1可以通过薄膜或者贴片方式固定在磁性电磁吸波材料层2之上,也可以是嵌入到磁性电磁吸波材料层2中。磁性电磁吸波材料层2可以粘接或者其他方式固定在金属层3上。
TE波为电磁波中的横向波,如图12所示,在TE模式下的反射率在增加导电几何结构单元后材料的垂直入射反射率下降,当导电几何结构单元1的直径lm为3微米时,图11所示的吸波超材料的反射率相对于没有导电几何结构单元的磁性电磁吸波材料层的反射率要更低。当导电几何结构单元1的直径lm为3.5微米时,吸波超材料的反射率进一步降低。当导电几何结构单元的直径lm为4微米时,吸波超材料的反射率最低。图12所示的工作频率段为0.8-2.7GHz。
TM波为电磁波中的纵向波,如图13所示,在TM模式下的反射率在增加导电几何结构单元后材料的垂直入射反射率下降,当导电几何结构单元1的直径lm为3微米时,图11所示的吸波超材料的反射率相对于没有导电几何结构单元的磁性电磁吸波材料层的反射率要更低。当导电几何结构单元1的直径lm为3.5微米时,吸波超材料的反射率进一步降低。当导电几何结构单元的直径lm为4微米时,吸波超材料的反射率最低。图13所示的工作频率段为0.8-2.7GHz。值得一提的是,根据本发明的实施例不限于特定工作频率,而可以根据设定的工作频率和所采用的吸波材料而对应设计电磁微结构。
第二较佳实施例
本实施例沿用前述实施例的元件标号与部分内容,其中采用相同的标号来表示相同或近似的元件,并且选择性地省略了相同技术内容的说明。关于省略部分的说明可参照前述实施例,本实施例不再重复赘述。
如图14所示,与第一较佳实施例不同的是,导电几何结构单元4带开口的八边形,在开口处设置有平行的金属条带40。如图14所示,导电几何结构单元4的排布规律为成周期规律,周期规律表现为平面内相互垂直的两个方向周期性排布,以方形网格形式延伸,但排布规律不限于此,可以是错位排布或者无序排布或者不均匀排布。导电几何结构单元4外接圆的直径可以设定成工作频段自由空间电磁波长的1/20~1/5。
如图15所示,在TE模式下的反射率在增加导电几何结构单元后材料的垂直入射反射率下降,当导电几何结构单元4的直径lm为3微米时,图14所示的吸波超材料的反射率相对于没有导电几何结构单元的磁性电磁吸波材料层的反射率要更低。当导电几何结构单元4的直径lm为3.5微米时,吸波超材料的反射率进一步降低。当导电几何结构单元的直径lm为4微米时,吸波超材料的反射率最低。图15所示的工作频率段为0.8-2.7GHz。
如图16所示,在TM模式下的反射率在增加导电几何结构单元后材料的垂直入射反射率下降,当导电几何结构单元4的直径lm为3微米时,图14所示的吸波超材料的反射率相对于没有导电几何结构单元的磁性电磁吸波材料层的反射率要更低。当导电几何结构单元4的直径lm为3.5微米时,吸波超材料的反射率进一步降低。当导电几何结构单元4的直径lm为4微米时,吸波超材料的反射率最低。图16所示的工作频率段为0.8-2.7GHz。
第三较佳实施例
本实施例沿用前述实施例的元件标号与部分内容,其中采用相同的标号来表示相同或近似的元件,并且选择性地省略了相同技术内容的说明。关于省略部分的说明可参照前述实施例,本实施例不再重复赘述。
如图17所示,与第一较佳实施例不同的是,导电几何结构单元5带开口的四边形,在开口处设置有平行的金属条带50,开口所在的边的中心位移至四边形内。如图17所示,导电几何结构单元5的排布规律为成周期规律,周期规律表现为平面内相互垂直的两个方向周期性排布,以方形网格形式延伸,但排布规律不限于此,可以是错位排布或者无序排布或者不均匀排布。导电几何结构单元5外接圆的直径可以设定成工作频段自由空间电磁波长的1/20~1/5。
如图18所示,在TE模式下的反射率在增加导电几何结构单元后材料的垂直入射反射率下降,当导电几何结构单元5的直径lm为3微米时,图17所示的吸波超材料的反射率相对于没有导电几何结构单元的磁性电磁吸波材料层的反射率要更低。当导电几何结构单元5的直径lm为3.5微米时,吸波超材料的反射率进一步降低。当导电几何结构单元的直径lm为4微米时,吸波超材料的反射率最低。图18所示的工作频率段为0.8-2.7GHz。
如图19所示,在TM模式下的反射率在增加导电几何结构单元后材料的垂直入射反射率下降,当导电几何结构单元5的直径lm为3微米时,图17所示的吸波超材料的反射率相对于没有导电几何结构单元的磁性电磁吸波材料层的反射率要更低。当导电几何结构单元5的直径lm为3.5微米时,吸波超材料的反射率进一步降低。当导电几何结构单元5的直径lm为4微米时,吸波超材料的反射率最低。图19所示的工作频率段为0.8-2.7GHz。
第四较佳实施例
本实施例沿用前述实施例的元件标号与部分内容,其中采用相同的标号来表示相同或近似的元件,并且选择性地省略了相同技术内容的说明。关于省略部分的说明可参照前述实施例,本实施例不再重复赘述。
本实施例采用第三较佳实施例或者类似于第三较佳实施例的吸波超材料。如图20所示,在TE模式下的反射率在增加导电几何结构单元后材料的大角度入射反射率下降。当采用带导电几何结构单元5的吸波超材料时,图17所示的吸波超材料的反射率相对于没有导电几何结构单元的磁性电磁吸波材料层的反射率要更低,即便在50度、60度、70度的大角度入射,反射率也明显下降,虽然在图中没有示出,其在入射角度为85度时,反射率也会下降。
如图21所示,在TM模式下的反射率在增加导电几何结构单元后材料的大角度入射反射率下降,当采用带导电几何结构单元5的吸波超材料时,图17所示的吸波超材料的反射率相对于没有导电几何结构单元的磁性电磁吸波材料层的反射率要更低,即便在50度、60度、70度的大角度入射,反射率也明显下降,虽然在图中没有示出,其在入射角度为85度时,反射率也会下降。
在已有技术中,针对“电磁波在吸波材料表面的反射比较严重,不利于对电磁波的吸收,尤其在大角度入射的条件下,反射更加严重”的情况,业内通常采取利用多层吸波材料,或者在吸波材料中实现有梯度的电磁参数变化来实现更好的阻抗匹配,减少表面反射,但多层吸波带来产品面密度的上升,需要更多的安装空间,增加生产制备和检测的复杂度,梯度变化的吸波材料工艺复杂度上升,工艺控制难度增加,通常伴随产品一致性的下降。
在前述实施例中,导电几何结构单元中的环状导电几何结构等效于电路中的电感L,相对平行的两个条形结构等效于电路中的电容C,组合起来就是一个LC电路,图10等效于两个电感及两个电容串联,通过调节该导电几何结构单元的尺寸改变其电磁参数性能,达到我们所要求的效果,即可以将吸波超材料所需工作频率内的电磁波进行集中吸收,便于下面设置的磁性电磁吸波材料层吸收,另增加的金属层会将吸收的电磁波进行发射到磁性吸波材料层进行二次吸收。根据本发明的实施例可以降低吸波材料针对电磁波垂直入射和大角度入射时的反射,通过针对传统吸波材料的电磁特性,通过改变电磁超材料的拓扑结构和排布规律来改变工作频段内自身的电磁参数和整体等效电磁参数,从而达到降低反射率的效果。并且无需多层吸波材料,因此可以在更加轻薄的条件下实现与已有技术等效的吸波效果,即在更低面密度的条件下实现与传统材料等效的吸收效果。
本发明的有益效果为提升天线的电气性能,具体表现为前后比和交叉极化隔离。图4是本发明实施例的带吸波材料的天线与已有不带吸波材料的天线的方向图在1710MHz时的对比。图5是本发明实施例的带吸波材料的天线与已有不带吸波材料的天线的方向图在1990MHz时的对比。图6是本发明实施例的带吸波材料的天线与已有不带吸波材料的天线的方向图在2170MHz时的对比。加载吸波材料后,前后比提升在1710,1990,2170MHz分别为:2.15,1.51,1.80dB。
图7是本发明较佳实施例的带吸波超材料的天线与已有不带吸波超超材料的天线的方向图在1710MHz时的对比。图8是本发明较佳实施例的带吸波超材料的天线与已有不带吸波超材料的天线的方向图在1990MHz时的对比。图9是本发明较佳实施例的带吸波超材料的天线与已有不带吸波超材料的天线的方向图在2170MHz时的对比。参考图7-9所示,通过测试,未加载吸波超材料时,天线前后比在1710MHz,1990MHz和2170MHz时前后比分别为23.85dB,24.50dB和23.18dB;加载吸波超材料后,天线前后比分别为29.83dB,28.17dB和27.67dB;提升幅度分别为5.97,3.67和4.48dB,因此本发明实施例的电气性能提升明显。
本发明实施例还具有如下优点:吸波超材料和制作超材料中的导电几何结构的导电材料如铜箔等不会额外显著增加原料成本;安装方便,不会为天线组装增加难度。在使用吸波超材料的实施例中,吸波超材料环境适应性优于传统吸波材料。
本发明的实施例可以应用于基站天线、WIFI天线、收费站ETC天线等定向覆盖产品,应用在移动通信、无线覆盖领域,会为天线产品提升前后比和交叉极化等性能,为***改进后向干扰,减轻收发干扰,提升通信容量等等。其中,前后比的提升使得天线覆盖更多向前向覆盖,后向覆盖干扰降低,在市区移动通信和无线覆盖环境中尤为有利。交叉极化隔离改善可以减轻发射天线对接收天线的干扰,因为存在收发天线为正交极化的情况。交叉极化的改善还可以提升通信容量。
虽然本发明已参照当前的具体实施例来描述,但是本技术领域中的普通技术人员应当认识到,以上的实施例仅是用来说明本发明,在没有脱离本发明精神的情况下还可作出各种等效的变化或替换,因此,只要在本发明的实质精神范围内对上述实施例的变化、变型都将落在本申请的权利要求书的范围内。

Claims (24)

1.一种天线,其特征在于,包括天线振子、反射板,该天线振子设置在该反射板上,该天线还包括吸波材料层,该吸波材料层设置于该反射板背向该天线振子的外表面的一侧。
2.如权利要求1所述的天线,其特征在于,该吸波材料层贴覆于该反射板的背向该天线振子的外表面,或该吸波材料层间隙设置于该反射板的背向该天线振子的外表面。
3.如权利要求1所述的天线,其特征在于,该天线还包括天线罩,该天线振子和该反射板设置在天线罩内,该吸波材料层设置于该天线罩与反射板之间。
4.如权利要求3所述的天线,其特征在于,该反射板具有底板、第一侧板和第二侧板,该第一侧板和该第二侧板位置相对,该天线振子设于该底板上,该天线罩至少包围该底板、该第一侧板和该第二侧板,该吸波材料层至少设置于该天线罩和该第一侧板之间以及该天线罩和该第二侧板之间。
5.如权利要求4所述的天线,其特征在于,该吸波材料层贴覆于该第一侧板的面向该天线罩的外表面以及贴覆于该第二侧板的面向该天线罩的外表面,或该吸波材料层贴覆于该天线罩面向该第一侧板和该第二侧板的内表面。
6.如权利要求4或5所述的天线,其特征在于,该吸波材料层还设置在该天线罩和该底板之间。
7.如权利要求6所述的天线,其特征在于,该吸波材料层贴覆于该底板的面向该天线罩的外表面,或该吸波材料层贴覆于该天线罩面向该底板的内表面。
8.如权利要求7所述的天线,其特征在于,该吸波材料层结合于一金属层,该金属层设置于该天线罩面向该第一侧板和该第二侧板的内表面。
9.如权利要求8所述的天线,其特征在于,该金属层还设置于该天线罩面向该底板的内表面。
10.如权利要求1所述的天线,其特征在于,该天线振子的数量为多个并形成振子阵列,该吸波材料层覆盖反射板上对应振子阵列的区域的外表面,且该吸波材料层的布置是以振子阵列为中心。
11.如权利要求1所述的天线,其特征在于,该吸波材料层包括磁性电磁吸波材料层以及与磁性电磁吸波材料层相结合的导电几何结构层;该导电几何结构层由依次排布的多个导电几何结构单元组成,每个导电几何结构单元包括非封闭的环状导电几何结构,该环状导电几何结构的开口处设置有相对平行的两个条形结构。
12.如权利要求11所述的天线,其特征在于,该环状导电几何结构设置有一个以上的该开口。
13.如权利要求11所述的天线,其特征在于,该环状导电几何结构呈圆形、椭圆形、三角形或多边形。
14.如权利要求11所述的天线,其特征在于,该吸波材料层的介电常数为5-30,磁导率为1-7。
15.如权利要求11所述的天线,其特征在于,该导电几何结构单元呈周期阵列排布。
16.如权利要求11所述的天线,其特征在于,该磁性电磁吸波材料层的表面上设置有金属层。
17.如权利要求16所述的天线,其特征在于,该磁性电磁吸波材料层是吸波贴片材料。
18.如权利要求11所述的天线,其特征在于,该导电几何结构单元附着于该磁性电磁吸波材料层或者嵌入在该磁性电磁吸波材料层中。
19.如权利要求11所述的天线,其特征在于,该磁性电磁吸波材料层包括基体以及结合于该基体的吸收剂。
20.如权利要求11所述的天线,其特征在于,该导电几何结构单元是具有外接圆的形状,该外接圆的直径为工作频段自由空间电磁波长的1/20-1/5。
21.如权利要求11所述的天线,其特征在于,该吸波材料层的工作频率在0.8-2.7GHz频率段内,该导电几何结构单元的厚度大于对应该工作频率段的该导电几何结构单元的趋肤深度。
22.如权利要求16所述的天线,其特征在于,该吸波材料层的工作频率在0.8-2.7GHz频率段内,该金属层的厚度大于对应所述工作频率段的所述金属层的趋肤深度。
23.如权利要求11所述的天线,其特征在于,该环状导电几何结构及条形结构的线宽均为W,0.1mm≤W≤1mm。
24.如权利要求11所述的天线,其特征在于,该环状导电几何结构及条形结构的厚度均为H,0.005mm≤H≤0.05mm。
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