亚波长谐振腔圆极化天线制造技术

亚波长谐振腔圆极化天线，包括间隔设置的全反射板和部分反射板，部分反射板与全反射板相反的一面为表面一，朝向全反射板的一面为表面二，表面一和表面二上均设置有贴片单元阵列，任意两个相邻的表面一贴片单元相接，且任意一个表面一贴片单元均包括至少一个空缺部；任意两个相邻的表面二贴片单元之间间隔设置，任一表面二贴片单元具有两个切除部，且两个切除部位于同一对角线或对称轴的两端；全反射板朝向部分反射板的一面设置有辐射源，另一面涂覆金属层。本发明专利技术基于磁单负特异材料特性及天线结构设计，提供一种体积小、重量轻，结构灵活的天线，该天线同时具有信号极化选择功能，可用于左旋圆极化信号或右旋圆极化信号的接收或发射。

Subwavelength resonant cavity circularly polarized antenna

Subwavelength cavity circular polarization antenna, including the total reflection plate arranged at intervals and partially reflecting plate, the reflecting plate and the reflecting plate part opposite to a surface, toward the total reflection plate side surface and a two surface, two surface are arranged on the patch element array, a surface patch unit any two the adjacent phase, and a patch to an arbitrary surface unit comprises at least one vacancy; interval is arranged between the surface of the two elements of any two adjacent, any surface of the two patch element has two notches, and both ends of the two parts on the same diagonal excision or symmetry axis; total reflection plate toward the part the reflecting plate is arranged on the other side of the radiation source, one side coated metal layer. The invention relates to a magnetic single negative metamaterials based on the characteristics and design of antenna structure, a small volume and light weight, flexible structure antenna, the antenna also has the polarization selection function, can be used for left-hand circular polarization signal or right-hand circular polarization signal receiving or transmitting.

【技术实现步骤摘要】
亚波长谐振腔圆极化天线
本专利技术涉及天线领域，具体的说，涉及一种基于特异材料的亚波长谐振腔圆极化天线。
技术介绍
待接收信号的频段一定程度决定所需应用的天线的尺寸。以GHz波段信号的接收为例，国际和国内现用于接收GHz波段信号(例如太阳射电信号、卫星电视信号L、S、C、Ku波段)的天线主要是抛物面天线，这类天线体积大、重量大、维护费用高，特别是太阳射电成像系统中的天线更是如此。相对于抛物面天线，微带贴片天线是一种平面天线，具有体积小、重量轻、剖面薄、易于加工、易与有源器件和电路集成为单一模块等诸多优点，在空间探测方面有诸多优势，已被用于星载卫星观测系统中。传统的微带贴片天线也具有一些不足，例如，可接收频带较窄、极化纯度差、寄生馈电辐射大等。传统的腔体微带贴片天线，利用谐振腔共振原理可实现高方向性，由于受金属反射面180反射相位的限制，谐振腔的厚度需要满足：其中d为谐振腔的厚度，λ为接收信号的波长，n为任意正整数，也就是说，谐振腔的厚度最小只能做到接收信号波长的二分之一，若将这种天线用于接收GHz波段信号，视信号需要将谐振腔厚度做到较大，天线整体厚度也限制了天线体积的减小。特异材料是一种新型的人工材料，是指具有亚波长周期性结构的材料，利用材料表面周期性晶格的设计，可使局域共振机制起主导作用。特异材料的介电常数和磁导率可以同时为负值，或者其中之一为负值，或同时小于1。常规材料的电磁特性，主要源于组成材料本身的原子分子对电磁波的响应，特异材料的电磁特性主要源于人工谐振单元对电磁波的响应，利用其电磁波特殊的调控机理，可构造等效磁导率小于零而介电常数大于零的磁单负材料，磁单负材料属于特异材料的一种，由于磁单负材料的等效磁导率小于零，使其表面的反射相位为0，即产生同相反射，因此，利用磁单负材料的零反射相位特性，可以实现突破半波长尺度限制的谐振腔(亚波长谐振腔)，其谐振腔的厚度可以趋于零，从而可以实现天线系统的小型化。另外，磁单负材料可以用来抑制印刷天线的表面波损耗，从而改善辐射旁瓣和背散射性能。此外，电磁波的极化形式可分为线极化波和圆极化波，圆极化波是一种等幅旋转场，它可以分解为两正交等幅、相位相差90°的线极化波。当电磁波信号进入天线后，使简并正交模式的电磁波谐振频率产生分离，工作频率介于两个谐振频率之间，当简并模分离单元大小合适时，对工作频率而言，一个模的阻抗相角超前45°，另外一模的阻抗相角滞后45°，由此形成电磁波的圆极化。电磁波信号中同样具有左旋圆极化电磁波和右旋圆极化电磁波信息。而对于这部分信号的研究具有特殊重要的意义，圆极化天线在通信、雷达、电子对抗能方面有广泛的应用，一些太阳射电望远镜中也使用了圆极化天线，以太阳辐射信号的研究为例，太阳辐射的偏振度与磁场和传播方向的夹角有关，能够检测出太阳辐射的左旋或右旋圆极化电磁波，对研究太阳耀斑电子加速过程和日冕参数诊断都非常有意义。公开号为CN101461097A的中国专利公开了一种采用AMC材料的便携式天线，包括第一层组和第二层组，第一层组和第二层组上下间隔平行设置，中间形成空腔层，其提供了一种三层结构的小型天线。但是其第一层为天线层，第二层为电路结构层，两层之间是用于隔绝天线层和电路曾的电磁屏蔽层，也就是说，其天线特性层仅为第一层，其他两层不具有天线的特性。虽然其也公开了贴片的结构，但贴片是经垂直导电空与固定底线连接的，为一种传统的天线设计结构。公开号为CN104335421A公开了一种应用于无线网络中的天线，该天线包括两个被截断相对角的贴片单元，各个贴片单元之间通过微带线连接，且各贴片单元之间成角度排列。其公开结构，贴片单元即作为信号分极(左旋圆极化信号或右旋圆极化信号)调理单元，又做为信号辐射接收单元，贴片还具有电流调理及信号导出的作用。这种天线极化选择能力有限。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有技术中，天线尺寸受接收信号波段影响，高波段信号要求接收天线体积大、重量大，以至此类天线存在不易与其他器件共形、维护困难的问题，针对高频段左旋和右旋圆极化电磁波接收的问题，基于磁单负特异材料特性及天线结构设计，提供一种体积小、重量轻结构灵活的亚波长谐振腔圆极化天线，用于接收GHz波段电磁波信号中左旋圆极化信息和右旋圆极化信息。本专利技术的技术方案为：亚波长谐振腔圆极化天线，具体为一种基于磁单负材料的亚波长谐振腔天线，包括间隔设置的全反射板和部分反射板，部分反射板与全反射板相反的一面为表面一，朝向全反射板的一面为表面二(即与表面一相反的一面为表面二)，表面一和表面二上均设置有贴片单元阵列，任意两个相邻的表面一贴片单元相接，且任意一个表面一贴片单元均包括至少一个空缺部；任意两个相邻的表面二贴片单元之间间隔设置，任一表面二贴片单元具有两个切除部，且两个切除部位于同一对角线或对称轴的两端；部分反射板的上下两表面上的贴片阵列起到调节部分反射板的反射特性的作用，既能调节信号的反射率，调节信号的反射相位，同时能选择电磁波信号的圆极化方式；全反射板朝向部分反射板的一面设置有辐射金属源，与馈电输出端相接，另一面涂覆金属层，作为全反射面，且这一面设置有馈电接头(馈电输出端)，馈电接头与辐射金属贴片相接，通过馈电接头输出天线信号。优选为：表面一贴片单元和表面二贴片单元均为规则两侧对称形状。对称形状有利于接收信号的均匀稳定。优选为：表面一贴片单元为四边形，且四边形四个角部分形成四个空缺部。优选为：表面一贴片单元为十字形贴片，任意两个相邻的十字形贴片相对的一边相接。优选为：表面二贴片单元同一侧切除部的朝向一致。具体说，切除部有两个，为方便理解，可以认为在正对表面二贴片单元的方向看，一个切除部在上方，一个切除部在下方，而所有位于上方的切除部朝向一致，所有位于下方的切除部朝向一致，也可以认为，所有位于上方的切除部都位于表面二贴片单元的同一侧，所有位于下方的切除部都位于表面二贴片单元的同一侧，且位于上方贴片单元的相反一侧。朝向一致才可以接收一种圆极化方式的电磁波信号(左旋圆极化信号或右旋圆极化信号)，若朝向不规则，则两种圆极化信号都可以进入谐振腔。优选为：表面二贴片单元为方形贴片，且两个切除部对称位于表面二贴片单元对角线的两端。优选为：部分反射板的一个表面一贴片单元与一个表面二贴片单元的中心对齐。中心互为对齐的一组表面一贴片单元和表面二贴片单元构成一个信号调理组，可实现更稳定的信号调理作用。优选为：全反射板为固定安装结构，部分反射板为可拆卸可调结构。优选为：部分反射板通过滑动部件安装在竖向滑轨上；或者全反射板和部分反射板上设置有配合安装孔，通过调节螺钉配合安装。将全反射板和部分反射板之间设计为可拆卸的结构，便于调整谐振腔的厚度，也方便根据接收需求，通过更换全反射板或部分反射板的方式调整天线的接收频率。优选为：辐射源为一个辐射金属贴片，或多个辐射金属贴片构成的阵列，每个辐射金属贴片均与馈电输出终端相接。辐射贴片阵列的辐射源结构有利于天线的大型化设计。优选为：全反射板和部分反射板平行设置，实现更稳定的信号传输和调理。全反射板和部分反射板之间的间隔为空气层或填充有介质材料，可使电磁波信号通过即可。本专利技术的有益效果为：(1)本专利技术提供了一种含单层磁单负材料的亚波长谐振腔圆极化天线是一种平面本文档来自技高网...

【技术保护点】
亚波长谐振腔圆极化天线，其特征在于：包括间隔设置的全反射板和部分反射板，部分反射板与全反射板相反的一面为表面一，朝向全反射板的一面为表面二，表面一和表面二上均设置有贴片单元阵列，任意两个相邻的表面一贴片单元相接，且任意一个表面一贴片单元均包括至少一个空缺部；任意两个相邻的表面二贴片单元之间间隔设置，任一表面二贴片单元具有两个切除部，且两个切除部位于同一对角线或对称轴的两端；全反射板朝向部分反射板的一面设置有辐射源，另一面涂覆金属层。

【技术特征摘要】
1.亚波长谐振腔圆极化天线，其特征在于：包括间隔设置的全反射板和部分反射板，部分反射板与全反射板相反的一面为表面一，朝向全反射板的一面为表面二，表面一和表面二上均设置有贴片单元阵列，任意两个相邻的表面一贴片单元相接，且任意一个表面一贴片单元均包括至少一个空缺部；任意两个相邻的表面二贴片单元之间间隔设置，任一表面二贴片单元具有两个切除部，且两个切除部位于同一对角线或对称轴的两端；全反射板朝向部分反射板的一面设置有辐射源，另一面涂覆金属层。2.如权利要求1所述的亚波长谐振腔圆极化天线，其特征在于：表面一贴片单元和表面二贴片单元均为规则对称形状。3.如权利要求2所述的亚波长谐振腔圆极化天线，其特征在于：表面一贴片单元为四边形，且四边形四个角部分形成四个空缺部。4.如权利要求3所述的亚波长谐振腔圆极化天线，其特征在于：表面一贴片单元为十字形贴片，...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜桂强，路光，孙勇，刘芬，严发宝，陈耀，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：山东,37