人工磁导体结构单元、人工磁导体结构以及相应的极化平面天线制造技术

本发明专利技术公开了一种人工磁导体结构单元、人工磁导体结构以及相应的极化平面天线，其中人工磁导体结构单元包括金属接地板、金属过孔、介质基板和周期贴片，所述周期贴片在所述介质基板上刻蚀形成，并且所述周期贴片由矩形框和弯折线组成，所述弯折线的两端在所述矩形框内与所述矩形框电连接，并且所述弯折线通过所述金属过孔与所述金属接地板电连接，所述金属过孔在所述弯折线的所述两端之间与所述弯折线电连接。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电磁场技术的超材料领域，尤其涉及一种人工磁导体结构单元、人工磁导体结构以及相应的极化平面天线。
技术介绍
软硬表面、电磁带隙结构、左手材料以及人工磁导体(ArtificialMagneticConductor，AMC)等名词越来越多的出现在电磁场
中。这些结构或者材料均具有在自然界中并不存在但极具价值的电磁特性，因此这些结构或材料也被称为超材料。而它们所具有的奇特的电磁特性已经在实现新型高性能天线与微波器件领域显示出强大的优势。由于理想电导体表面需满足切向电场为零的边界条件，所以当一平面波入射到理想电导体表面时，反射波的电场与入射波的电场之间有180度的相位差。这使得在将金属用作天线的反射板以增强半空间辐射时，天线与反射板之间的距离需为大约四分之一波长。否则，反射波的反相电场会使天线的辐射性能大幅下降。这样就增大了天线的尺寸，在实际应用中造成不便。由电磁场理论中的对偶性原理可知，当平面波入射到理想磁导体表面时，入射波与反射波的电场是同相的。因此，如果用理想磁导体(PerfectElectronicConductor，PEC)做天线的反射板，就可以实现新型的低剖面天线。但是，理想磁导体在自然界中是不存在的。为了实现理想磁导体的电磁特性，人们提出了人工磁导体结构。这种结构同样具有理想磁导体对平面波的同相位反射特性；目前，关于人工磁导体结构的研究很多，但其宽带特性一直是研究人工磁导体结构无法逾越的瓶颈。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术所要解决的技术问题就是现有技术中的人工磁导体结构无法提供宽带特性。因此，本专利技术的一个目的在于提供一种人工磁导体结构单元，所述人工磁导体结构单元包括金属接地板、金属过孔、介质基板和周期贴片，所述周期贴片在所述介质基板上刻蚀形成，并且所述周期贴片由矩形框和弯折线组成，所述弯折线的两端在所述矩形框内与所述矩形框电连接，并且所述弯折线通过所述金属过孔与所述金属接地板电连接，所述金属过孔与所述弯折线的连接点在所述弯折线的所述两端之间。所述金属接地板与所述介质基板之间为空气。所述金属过孔的长度为21mm，直径为1.5mm。进一步地，本专利技术的另一目的在于提供一种人工磁导体结构，包括多个上述的人工磁导体结构单元，所述多个人工磁导体结构单元的周期贴片排布在所述介质基板上，并且所述多个人工磁导体结构单元中每个的所述弯折线通过所述金属过孔与所述金属接地板电连接。其中，所述周期贴片在所述介质基板上周期性排布。其中，所述金属接地板与所述介质基板之间为空气。其中，所述金属过孔的长度为21mm，直径为1.5mm。进一步地，本专利技术的又一目的在于提供一种极化平面天线，该极化平面天线将上述的人工磁导体结构用作反射板。其中，所述极化平面天线的天线振子与所述人工磁导体结构之间的距离为9mm。其中，所述极化平面天线的极化类型为以下之一：圆形极化、线性极化、双极化。通过本专利技术所提供的技术方案能够实现以下有益效果：在保持人工磁导体结构的简单结构的前提下，为极化平面天线提供了相对较宽的工作带宽，同时能够大幅减小极化平面天线的高度，即具有低剖面。附图说明结合实施例并参考附图对本专利技术进行详细说明，在附图中：图1为根据本专利技术的一个实施例的人工磁导体结构的一个结构单元的示意图；图2为根据本专利技术的一个实施例的人工磁导体结构的示意图；图3为使用根据本专利技术的人工磁导体结构的极化平面天线的平面示意图；图4a现有技术中的极化平面天线的截面示意图；图4b为使用根据本专利技术的人工磁导体结构的极化平面天线的截面示意图；图5为使用根据本专利技术的人工磁导体结构的计划平面天线的S参数的曲线图。具体实施方式本专利技术所公开的人工磁导体结构的一个结构单元的示意图如图1中所示。可以看出，人工磁导体结构的一个结构单元包括：周期贴片1、金属过孔2、金属接地板3、介质基板4。进一步地，周期贴片1包括矩形框5和弯折线6。周期贴片1以刻蚀方式形成在介质基板4上。周期贴片1的弯折线6的两端在矩形框5内与矩形框5电连接。弯折线6通过金属过孔2电连接到金属接地板3上，金属过孔2在弯折线6的两端之间与弯折线6电连接。较优地，金属过孔2与弯折线6的连接点位于弯折线6的中点。金属过孔2使得周期贴片1与金属接地板3之间形成LC并联等效电路，其中，周期贴片1的矩形框5可以等效为电容器，弯折线6可以等效为电感器，并且金属过孔2可以等效为电感器。因此，在保证弯折线6的长度的前提下，弯折线6可以采用任意形状。矩形框5是图1中所示灰色的方形环部分。金属接地板3与介质基板4之间填充的介质可以是空气。另外，金属接地板3与介质基板4之间也可以为真空。当入射到人工磁导体结构上的电磁波的频率与等效的LC并联等效电路的谐振频率相近甚至相等时，人工磁导体结构表现出高阻抗特性。此时，入射波与其反射波的相位差(也就是反射相位)大约为0度。当反射相位为0度时，人工磁导体呈现理想磁导体的特性。因此，使用该人工磁导体结构的极化平面天线的相对带宽与其等效电容成反比，与等效电感成正比。因此，在中心频率不变的情况下，使用该人工磁导体结构的极化平面天线的等效电容越大，相对带宽越窄；等效电感越大，相对带宽越宽。图2中示出了根据本专利技术的一个实施例的人工磁导体结构。从图2中能够看出，在本专利技术的人工磁导体结构中，在抑制交叉极化的前提下，人工磁导体结构的周期贴片1可以采用任何排布方式，并且较优地以周期性规则方式布置。在图2中，该人工磁导体结构的表面上布置有9行9列的周期贴片1，周期贴片1的弯折线6的排布方向可通过仿真结果来得到。并且能够看到，周期贴片1并不一定填满介质基板4，而是空出介质基板4的中心。其中的空白部分可以便于由同轴线穿过向天线振子馈电，并且不会影响极化平面天线的整体性能。图3中示出了使用根据本专利技术的人工磁导体结构的极化平面天线。可以看到，极化平面天线包括天线振子以及位于天线振子下方的人工磁导体结构。天线振子包括天线介质基板7、下表面金属贴片8和上表面金属贴片9。下表面金属贴片8和上表面金属贴片9所决定的极化平面天线的类型可以是圆形极化、线性极化或者双极化等等。位于天线振子下方的人工磁导体结构被用作反射板。从图1中可以知道，使用本专利技术人工磁导体结构的极化平面天线的相对带宽与其等效电容成反比，与等效电感成正比。因为矩形框5与金属接地板3之间形成平板电容器，所以矩形框5的面积的改变可以引起人工磁导体结构的相对带宽的变化。矩形框5的面积越大，则其等效电容越大，因而人工磁导体结构的相对带宽越窄。介质基板4、金属接地板3与介质基板4之间的介质(或真空)的相对介电常数的改变可以引起人工磁导体结构的相对带宽的变化。介质基板4和/或金属接地板3与介质基板4之间的介质的相对介电常数越大，则矩形框5的等效电容器的等效电容越大，从而使得人工磁导体结构的相对带宽越窄。除此以外，介质基板4和/或金属接地板3与介质基板4之间的介质的相对介电常数的增大，还会导致天线的中心频率越低，相对带宽越窄，极化平面天线的增益降低。因为弯折线6可以等效为电感器，所以弯折线6的长度和/或宽度的改变可以引起人工磁导体结构的相对带宽的变化。弯折线6的长度越大、宽度越小，则其等效电感越大，因而人工磁导体结构的相对带宽本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种人工磁导体结构单元，其特征在于，所述人工磁导体结构单元包括金属接地板、金属过孔、介质基板和周期贴片，所述周期贴片在所述介质基板上刻蚀形成，并且所述周期贴片由矩形框和弯折线组成，所述弯折线的两端在所述矩形框内与所述矩形框电连接，并且所述弯折线通过所述金属过孔与所述金属接地板电连接，所述金属过孔与所述弯折线的连接点在所述弯折线的所述两端之间。

【技术特征摘要】
1.一种人工磁导体结构单元，其特征在于，所述人工磁导体结构单元包括金属接地板、金属过孔、介质基板和周期贴片，所述周期贴片在所述介质基板上刻蚀形成，并且所述周期贴片由矩形框和弯折线组成，所述弯折线的两端在所述矩形框内与所述矩形框电连接，并且所述弯折线通过所述金属过孔与所述金属接地板电连接，所述金属过孔与所述弯折线的连接点在所述弯折线的所述两端之间。2.根据权利要求1所述的人工磁导体结构单元，其特征在于，所述金属接地板与所述介质基板之间为空气。3.根据权利要求1或2所述的人工磁导体结构单元，其特征在于，所述金属过孔的长度为21mm，直径为1.5mm。4.一种人工磁导体结构，其特征在于，所述人工磁导体结构包括多个根据权利要求1中所述的人工磁导体结构单元，所述多个人工磁导体结构单元的周期贴片排布在所述介质基板上，并且所述多...

【专利技术属性】
技术研发人员：李融林，李伏云，崔悦慧，王博明，王鹏，傅焕展，杨程，
申请(专利权)人：中兴通讯股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44