基于人工电磁结构的小型化倾斜波束微带八木天线制造技术

一种基于人工电磁结构的小型化倾斜波束微带八木天线，属于天线技术领域。该天线由多层结构组成：自下而上依次为金属接地板、下层介质、中间层金属贴片EBG阵列，上层介质，顶层金属贴片。本发明专利技术提供的微带八木天线中引入EBG结构，使得微带八木天线的特征更加明显，增大了普通微带八木天线的主瓣偏移角度；还可实现天线的小型化设计，在相同的外型尺寸下，可实现工作频点向低频移动。

【技术实现步骤摘要】
基于人工电磁结构的小型化倾斜波束微带八木天线
本专利技术属于天线领域，具体涉及一种基于人工电磁结构的小型化倾斜波束微带八木天线。
技术介绍
1926年，一种平行振子的寄生直线阵被提出，被后世称为八木-宇田天线，非直接激励的阵元通过近场耦合从有源元处获得激励。八木天线结构简单且具有较好的方向性及较高的增益，因而广泛应用于米波、分米波段的雷达、通讯、电视及其它无线电技术设备中；但因其剖面较高，很难有效的和其他器件合成使用，限制了它在微波毫米波段中的应用。J.Huang于1989年第一次提出了微带八木天线，同时具备了半波振子类天线的特点和微带结构的诸如体积小、重量轻、剖面低、具有平面结构以及易于与导弹、卫星等载体表面共形等优点，其研究也越来越引起了人们的兴趣。2015年，张昭等提出了一种基于基片集成波导(SIW)、具有垂直极化倾斜波束特性的微带磁八木天线，该天线采用微带线侧馈的方法，没有反射贴片，引向器数目较多，从而造成天线的总尺寸较大。1999年，D.Sievenpiper提出了高阻抗表面的电磁带隙微带结构，对垂直入射的平面波有同相位反射特性，人们将其称为人工磁导体(AMC)，该结构既可以实现低剖面，又能实现小型化。但目前AMC仅能实现器件的小型化、降低剖面，并不能实现天线波束的倾斜。
技术实现思路
为了解决现有技术中的缺陷，本专利技术在原有的微带八木天线结构的基础上进行改进，通过引入人工电磁结构—EBG阵列，提出了一种基于人工电磁结构的小型化微带八木天线。该天线同时具有低剖面，小型化，波束可倾斜等多重优点。本专利技术的具体技术方案如下：一种基于人工电磁结构的小型化倾斜波束微带八木天线，其特征在于，该天线由多层结构组成：自下而上依次为金属接地板、下层介质、中间层金属贴片EBG阵列，上层介质，顶层金属贴片；所述中间层的金属贴片EBG阵列为正方形的金属贴片阵列，其单元结构的边长为1/10倍工作波长，单元结构之间的间隙为单元结构边长的1/10～1/5。进一步地，所述中间层的金属贴片EBG阵列完全覆盖顶层的金属贴片。进一步地，所述顶层的金属贴片由正方形结构的反射贴片、引向贴片和辐射贴片组成，辐射贴片位于反射贴片与引向贴片之间。进一步地，顶层金属贴片中的反射贴片边长大于1/2倍工作波长，辐射贴片边长为1/3～1/2倍工作波长，引向贴片边长比辐射贴片小，为1/4～1/3倍工作波长；反射贴片与辐射贴片之间的间距为1/10倍工作波长，引向贴片与辐射贴片之间的间距为1/7倍工作波长。进一步地，所述天线采用50欧姆的同轴馈电；所述同轴馈电设置于上层辐射贴片的对角线上，离天线中心距离约为1/10倍工作波长处。本专利技术的有益效果为：1、本专利技术提供的基于人工电磁结构的小型化倾斜波束微带八木天线中引入EBG结构，使得微带八木天线的特征更加明显，增大了普通微带八木天线的主瓣偏移角度。2、本专利技术提供的基于人工电磁结构的小型化倾斜波束微带八木天线的中间层为金属贴片EBG阵列，可实现天线的小型化设计，在相同的外型尺寸下，可实现工作频点向低频移动。3.本专利技术提供的基于人工电磁结构的小型化倾斜波束微带八木天线的中间层为金属贴片EBG阵列，可使天线具有更好的端口阻抗匹配。附图说明图1为本专利技术提供的天线沿介质基板窄边的剖面示意图；图2为本专利技术提供的天线中间层的金属贴片阵列的结构示意图；图3为本专利技术提供的天线顶层的金属贴片的结构示意图；图4为无EBG结构的天线的回波损耗；图5为实施例提供的带EBG结构的天线的回波损耗；图6为无EBG结构的天线的辐射方向图；图7为实施例提供的带EBG结构的天线的辐射方向图。具体实施方式一种基于人工电磁结构的小型化倾斜波束微带八木天线，如图1所示，该天线由多层结构组成：自下而上依次为金属接地板、下层介质、中间层金属贴片EBG阵列，上层介质，顶层金属贴片。底层为金属接地板，具有单馈电端口；下层介质厚度根据工作频率和介质板的相对介电常数确定；中间层为正方形的金属贴片EBG阵列，如图2所示，其单元结构的边长为1/10倍工作波长，单元结构之间的间隙为单元结构边长的1/10～1/5；上层介质厚度远小于工作波长，通常小于工作波长的1/100倍；顶层为金属贴片，由反射贴片、引向贴片和辐射贴片组成，如图3所示，其中，反射贴片边长大于1/2倍工作波长，辐射贴片边长为1/3～1/2倍工作波长，引向贴片边长比辐射贴片小，为1/4～1/3工作波长，反射贴片与辐射贴片之间的间距为1/10倍工作波长，引向贴片与辐射贴片之间的间距为1/7倍工作波长。该天线采用50欧姆的同轴馈电；所述同轴馈电设置于上层辐射贴片的对角线上，离天线中心距离为1/10倍工作波长处。实施例在真空环境下对本专利技术的天线特性选定工作频率2.6GHz进行基于人工电磁结构的小型化倾斜波束微带八木天线的设计仿真。其中，介质基板的相对介电常数4.02，上层介质厚度0.4毫米，下层2.6毫米，中间层金属EBG贴片阵列为17*5正方形金属贴片阵列，金属EBG贴片阵列的单元结构边长为5-6mm，单元结构间隙为0.5-1mm。顶层金属贴片中的反射贴片边长尺寸为28.7mm，引向贴片边长尺寸16.7mm，辐射贴片边长为20.7mm；反射贴片与辐射贴片间距6-7mm，引向贴片与辐射贴片间距9-9.5mm。天线采用50欧姆的同轴馈电；所述同轴馈电设置于顶层辐射贴片的对角线上，离天线中心距离为4.67mm。采用无EBG结构的微带八木天线作为对比，对比天线除不包含EBG结构外，其余结构及参数与上述实施例相同。得到的无EBG结构及实施例天线结构在各自工作频点的回波损耗和辐射方向图如图4到图7所示。由图4至图7可知，在相同的介质基板及外形尺寸下，实施例含EBG结构的天线的工作频率由3.3GHz降低至2.6GHz，有效实现了天线的小型化；实施例含EBG结构的天线的回波损耗更小，从-13.21dB降低到-18.15dB，更好的实现了天线匹配；实施例含EBG结构的天线的主波束方向偏移角从34度增加到63度。本专利技术将EBG结构用于八木天线，可在实现天线小型化的同时增大天线的主瓣偏角，可用于需要定向辐射的民用或军用领域的导航与通信。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于人工电磁结构的小型化倾斜波束微带八木天线，其特征在于，该天线由多层结构组成：自下而上依次为金属接地板、下层介质、中间层金属贴片阵列，上层介质，顶层金属贴片；所述中间层的金属贴片阵列为正方形的金属贴片阵列，其单元结构的边长为1/10倍工作波长，单元结构之间的间隙为单元结构边长的1/10～1/5。

【技术特征摘要】
1.一种基于人工电磁结构的小型化倾斜波束微带八木天线，其特征在于，该天线由多层结构组成：自下而上依次为金属接地板、下层介质、中间层金属贴片阵列，上层介质，顶层金属贴片；所述中间层的金属贴片阵列为正方形的金属贴片阵列，其单元结构的边长为1/10倍工作波长，单元结构之间的间隙为单元结构边长的1/10～1/5。2.根据权利要求1所述的基于人工电磁结构的小型化倾斜波束微带八木天线，其特征在于，所述顶层的金属贴片由正方形结构的反射贴片、引向贴片和辐射贴片组成。3.根据权利要求2所述的基于人工电磁结构的小型化倾斜波...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵青，刘颖，焦蛟，张雷军，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川,51