一种基于方环形AMC表面的宽带低剖面双极化交叉偶极天线制造技术

本发明专利技术属于天线技术领域，公开了一种基于方环形AMC表面的宽带低剖面双极化交叉偶极天线。包括：方环形AMC地板及垂直于AMC表面正交放置的双极化交叉偶极天线；双极化交叉偶极天线包括两块正交镶嵌放置的两对偶极天线，每一对偶极天线包括FR4介质板正面的偶极子辐射单元、FR4介质板、介质板背面的微带耦合馈电线；AMC地板采用方环形AMC单元组成8×8阵列分布；双极化天线垂直插入AMC地板并且位于AMC表面的正中心。本发明专利技术天线在端口1处阻抗带宽为2.67至3.44GHz，以及端口2处阻抗带宽从2.83至3.47GHz；同时天线高度降至0.1λ，并且实现了稳定的辐射方向图。

A Broadband Low Profile Dual Polarization Cross Dipole Antenna Based on the Surface of Square Ring AMC

【技术实现步骤摘要】
一种基于方环形AMC表面的宽带低剖面双极化交叉偶极天线
本专利技术属于天线
，具体涉及一种基于方环形AMC表面的宽带低剖面双极化交叉偶极天线。
技术介绍
双极化天线作为多极化天线中的一种，能够同时发射或者接收两个正交极化的电磁波，大大缓解通信系统中的多径衰减问题，减少基站系统中天线的数量，降低系统成本，并且实现频率复用。因此，双极化天线被广泛用于无线通信系统中的基站天线。随着无线通信系统的快速发展，低剖面基站天线越来越受到重视。低剖面天线具有小型化和易于实现的优点。AMC的结构特征与理想磁导体的反射特性相同，理想磁导体作为天线反射板时，比理想电导体(PEC)可以减小天线的高度。现有技术存在的问题是：(1)传统双极化天线采用PEC地板，因此天线高度得保持在四分之一波长，无法满足天线小型化、低剖面的要求。(2)一般形式的AMC反射板作为天线的地板可以降低天线的高度，但是对天线的带宽性能并没有帮助。解决上述技术问题的意义：设计出宽带低剖面双极化交叉偶极天线作为基站天线的一部分，实现了天线的小型化，降低成本。利用所设计的AMC结构不仅能够降低天线的高度，还能够扩展天线的带宽。因此，设计出结构简单的宽带低剖面双极化交叉偶极天线是天线
亟需解决的问题，具有较大的实用意义。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种基于方环形AMC表面的宽带低剖面双极化交叉偶极天线。本专利技术是这样实现的，一种基于方环形AMC表面的宽带低剖面双极化交叉偶极天线，所述基于方环形AMC表面的宽带低剖面双极化交叉偶极天线正交放置两对偶极子；印刷的偶极子放置在FR4介质板的一侧，另一侧是微带耦合馈电线；双极化交叉偶极天线垂直放置在AMC反射器的中心。进一步，所述偶极子天线中使用的FR4基板的厚度为0.5mm。进一步，所述AMC单元阵列布置是8×8。综上所述，本专利技术的优点及积极效果为：本专利技术的天线为一个方环形AMC表面，AMC单元排列形式为8×8，双极化交叉偶极天线垂直放置在AMC反射器的中心；AMC结构能够降低天线的高度；方环形AMC反射板为天线增加了一个新的谐振点，以扩大带宽；天线在端口1处阻抗带宽为2.67至3.44GHz(21.6％的带宽)，以及端口2处阻抗带宽从2.83至3.47GHz(20.3％的带宽)；同时天线高度降至0.1λ(λ为频率3GHz时天线在自由空间中的波长)，并且实现了稳定的辐射方向图。附图说明图1是本专利技术实施例提供的基于方环形AMC表面的宽带低剖面双极化交叉偶极天线的结构示意图。图2是本专利技术实施例提供的AMC等效电路示意图。图3是本专利技术实施例提供的AMC单元结构示意图。图4是本专利技术实施例提供的AMC反射相位示意图。图5是本专利技术实施例提供的一对偶极子天线结构示意图；图中：(1)一对偶极子天线介质板正面；(2)一对偶极子天线介质板反面。图6是本专利技术实施例提供的另一对偶极子天线结构示意图；图中：(1)该对偶极子天线介质板正面；(2)该对偶极子天线介质板反面。图7是本专利技术实施例提供的两个端口天线的模拟回波损耗示意图；图中：(1)端口1的S参数；(b)端口2的S参数。图8是本专利技术实施例提供的天线两个端口在2.9GHz和3.35GHz下辐射方向图；图中：图中：(a)端口1在2.9GHz下的辐射模式；(b)端口1在3.35GHz下的辐射模式；(c)端口2在2.9GHz下的辐射模式；(d)端口2在3.35GHz下的辐射模式。图9是本专利技术实施例提供的拟用天线加载AMC、PEC时在3GHz频率下工作的辐射图。图10是本专利技术实施例提供的拟用天线模拟端口隔离度S21示意图。图中：1、双极化交叉偶极天线本体；2、方环形AMC反射板；3、方环形AMC反射板单元激励端口；4、方环形AMC单元；5、印刷偶极子；6、FR4介质板；7、微带耦合馈电线。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。本专利技术为基于方环形AMC结构表面的宽带低剖面双极化偶极天线，可以实现稳定的方向图；根据本专利技术的AMC反射器，天线在端口1处阻抗带宽为2.67至3.44GHz(21.6％的带宽)，以及端口2处阻抗带宽从2.83至3.47GHz(20.3％的带宽)，天线的高度为0.1λ0(λ0是3GHz的频率时天线在自由空间中的波长)。与此同时，天线具有良好的方向性和对称性。下面结合附图对本专利技术的应用原理作详细的描述。如图1所示，本专利技术实施例提供的基于方环形AMC表面的宽带低剖面双极化交叉偶极天线包括：正交放置两对印刷偶极子如图5和图6所示，具有相同的结构组成，以制成极化交叉偶极天线本体1。图5和图6中印刷偶极子5放置在FR4介质板6的一侧，另一侧是微带耦合馈电线7。偶极子天线中使用的FR4介质板6的基板的厚度为0.5mm。方环形AMC反射板2表面上的低剖面双极化交叉偶极天线如图4所示。AMC周期阵列布置是8×8，并且天线垂直放置在AMC反射器的中心。下面结合附图对本专利技术的应用原理作进一步的描述。1天线设计1.1AMC原理作为周期性人造电磁材料，AMC具有平面波的同相反射特性。AMC单元的基本结构包括介质板，板上的金属贴片和金属底板。当电磁波垂直入射时，其阻抗可视为电容贴片阵列，损耗介质和感知金属底板三个并联，如图2所示。L1和C是AMC单元之间的电感和电容，R是包括衬底的介电损耗和金属的欧姆损耗，L2是金属贴片和地板之间的电感。电路的导纳和电抗表达式如下：1.2AMC结构AMC结构包括一个FR4介质板，在介质板上层的周期性方环形贴片，和介质板下层的金属地板，如图3所示是单个AMC单元模型图。FR4介质板介电常数为4.4，损耗正切是0.02，厚度为3mm。方环形贴片外边长为11mm，内边长为8.2mm，相邻贴片之间间距为1mm。根据D.Sievenpiper的理论，AMC结构的同相反射相带隙是对应于从+90度到-90度的反射相位的频率范围。对于单元而言，带宽从2.48–3.39GHz，如图4所示即为AMC仿真反射相位图。1.3天线设计正交放置两对偶极子，它们具有相同的结构组成，以制成双极化交叉偶极天线。印刷的偶极子放置在FR4介质板的一侧，另一侧是微带耦合馈电线。偶极子中使用的FR4基板的厚度均为0.5mm。为使两对偶极子天线能够正交放置，采用开槽镶嵌交叉放置的方式。因此在一对偶极子天线采用的FR4介质板上方开槽，如图5所示，图5(1)是该对偶极子天线介质板正面，印刷有偶极子单元，如图5(2)是该对偶极子天线介质板反面，有微带耦合馈电线在上面；另一对偶极子天线的FR4介质板下方开槽如图6所示，图6(1)是该对偶极子天线介质板正面，印刷有偶极子单元，如图6(2)是该对偶极子天线介质板反面，有微带耦合馈电线在上面。为使两对偶极子能在中间开槽部分交叉镶嵌，采用的耦合微带线高度不同。1.4整体结构方环形AMC表面上的宽带低剖面双极化交叉偶极天线如图1所示。AMC阵列布置是8×8周期，并且双极化交叉偶极天线垂直放置在AMC反射器的中心。2、模拟和讨论使用ANSYSHFSS软件用于天线仿真。仿真后天线的S参数如图7所示。天线端口1的阻本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于方环形AMC表面的宽带低剖面双极化交叉偶极天线，其特征在于，所述基于方环形AMC表面的宽带低剖面双极化交叉偶极天线正交放置两对偶极子；印刷的偶极子放置在FR4介质板的一侧，另一侧是微带耦合馈电线；双极化交叉偶极天线垂直放置在AMC反射器的中心。

【技术特征摘要】
1.一种基于方环形AMC表面的宽带低剖面双极化交叉偶极天线，其特征在于，所述基于方环形AMC表面的宽带低剖面双极化交叉偶极天线正交放置两对偶极子；印刷的偶极子放置在FR4介质板的一侧，另一侧是微带耦合馈电线；双极化交叉偶极天线垂直放置在AMC反射器的中心。2.如权利要求1所述的基于方环形AMC表面的宽带低剖面双极化交叉偶极天线，其特征在于，所述偶极子中使用的FR4基板的厚度为0.5mm。3.如权利要求1所述的基于方环形AMC表面的宽带低剖面双极化交叉偶极天线，其特征在于，所述AMC单元阵列布置是8×8。4.如权利要求1所述的基于方环形AMC表面的宽带低剖面双极化交叉偶极天线，其特征在于，所述基于方环形AMC表面的宽带低剖面双极化交叉偶极天线在端口1处阻抗带宽为2.67至3.44GHz；端口2处阻抗带宽从2.83至3.47GHz，天线的高度为0.1λ0，λ0是3GHz的频率时天线在自由空间中的波长。5.如权利要求1所述的基于方环形AMC表面的宽带低剖面双极化交叉偶极天线，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：何锐，鄢泽洪，孟彦伯，朱帮才，宋环宇，刘志强，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61