一种天线后向辐射抑制结构制造技术

一种天线后向辐射抑制结构，包括单极子天线及地平面，单极子天线底端固定与地平面中心位置，其特征在于：所述地平面中心为圆形平面，圆形平面边沿一周向外均匀延伸有多个结构相同的辐射抑制结构，辐射抑制结构包括由圆形平面向外延伸的齿柄，齿柄上周期性排列有矩形平面，矩形平面均位于齿柄同一侧。能够有效减小地平面上的表面波，减小后向辐射。

A structure of antenna back radiation suppression

【技术实现步骤摘要】
一种天线后向辐射抑制结构
本专利技术涉及一种天线结构，尤其是一种天线后向辐射抑制结构。
技术介绍
天线是无线通信系统的一个至关重要的部件。它能将导波能量转换成无线电波能量辐射到空间中，或者将空间中的无线电波能量转换为导波能量。除此之外，它还能对电磁能量进行空间分配，让发射和接收具有方向性。在天线设计的时候有很多参数指标需要考虑，例如增益、3dB带宽、旁瓣电平、背向辐射电平、效率等。天线的这些指标直接影响着通信质量。在某些应用中，我们希望天线能够将辐射能量集束在一个很窄的主波束内，并且抑制其它方向上的辐射能量，尤其是要抑制与主波束反方向的后向辐射能量。因为过大的后向辐射能量往往会引起各种电磁干扰问题，从而影响到其它器件的正常工作。天线领域常用“前后比”这一指标来定量描述后向辐射的抑制程度。追求大的前后比一直是某些天线的重要指标。亚波长结构是一种新型的电磁结构，其周期单元尺寸比波长小，因而称为“亚波长”。本方面通过设计亚波长导波结构的截止频率或加入损耗，用于减少天线的后向辐射。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术提供以下方案：一种天线后向辐射抑制结构，包括单极子天线及地平面，单极子天线底端固定与地平面中心位置，其特征在于：所述地平面中心为圆形平面，圆形平面边沿一周向外均匀延伸有多个结构相同的辐射抑制结构，辐射抑制结构包括由圆形平面向外延伸的齿柄，齿柄上周期性排列有矩形平面，矩形平面均位于齿柄同一侧。进一步的，所述圆形平面、齿柄及矩形平面均为金属材质。进一步的，所述圆形平面为金属材质，齿柄及矩形平面为有耗薄膜材料。在不同的频率下，齿状周期结构会有不同的工作模式。而在某一些频率，齿状周期结构为截止模式，表面波呈指数衰减，传播到地平面边沿的表面波微乎其微。我们利用截止模式可以很方便地抑制表面波的传播，从而减小后向辐射。文中所述的后向辐射抑制效果定义为方向图上-180°±15°内最大值的减小值。在已知天线的工作频段，我们可以利用三维全波仿真设计出在该频段呈现截止模式的齿状周期结构的尺寸。除了采用金属齿状周期结构的截止频率来抑制表面波的传播以外，可以将金属替换为其他薄膜材料，引入一定的损耗，使得表面波沿着该结构传输的同时大幅度衰减。这种方法可以实现宽频段内抑制表面波传播，从而减小后向辐射。本专利技术的有益效果为：1.在不影响天线回波损耗和不增加额外地平面面积的情况下，减小天线的后向辐射。该专利技术实现过程简单，成本低廉，具有较好的实用价值。2.通过适当地尺寸设计，可以利用金属齿状周期结构，在某些感兴趣的频段内实现截止模式，抑制表面波，减小后向辐射。附图说明图1为实施例一结构示意图；图2为实施例二结构示意图；图3为实施例一辐射抑制结构色散曲线图；图4为实施例一与普通单极子天线的回波损耗对比图；图5为实施例一在14GHz处，辐射抑制结构上的电流幅度分布图；图6.为实施例一及普通单极子天线在14GHz处的远场增益对比图；图7为实施例二与普通电机自天线的回波损耗对比图；图8为实施例二在8.8GHz处，辐射抑制结构上的电流幅度分布图；图9为实施例二在14GHz处，辐射抑制结构上的电流分布图；图10为实施例二及普通单极子天线在8.8GHz处的远场增益对比图；图11为实施例二及普通单极子天线在14GHz处的远场增益对比图。图中：1.单极子天线；2.辐射抑制结构；3.地平面。具体实施方式现在结合附图对本专利技术作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本专利技术的基本结构，因此其仅显示与本专利技术有关的构成。实施例1：如图1所示，一种天线后向辐射抑制结构，包括单极子天线1及地平面3，单极子天线1底端固定与地平面3中心位置，地平面3中心为圆形平面，圆形平面边沿一周向外均匀延伸有多个结构相同的辐射抑制结构2，辐射抑制结构2包括由圆形平面向外延伸的齿柄，齿柄上周期性排列有矩形平面，矩形平面均位于齿柄同一侧。所述圆形平面、齿柄及矩形平面均为金属材质。其中辐射异质结构中矩形平面的排列周期为5mm，矩形平面的宽度为3mm，矩形平面间的间距为2mm，齿柄宽度为1mm。在不同的频率下，齿状周期结构会有不同的工作模式。而在某一些频率，齿状周期结构为截止模式，表面波呈指数衰减，传播到地平面边沿的表面波微乎其微。我们利用截止模式可以很方便地抑制表面波的传播，从而减小后向辐射。在已知天线的工作频段，我们可以利用三维全波仿真设计出在该频段呈现截止模式的齿状周期结构的尺寸。根据三维全波仿真，可计算出色散曲线，如图3中所示，图3中虚线为自由空间电磁波的色散曲线，实线为本实施例中辐射抑制结构的色散曲线，可以看出，当频率到达12.5GHz附近时，辐射抑制结构的色散曲线趋于水平，当频率升高时，该结构不再支持任何一个传播模式。因而在大于12.5GHz时，该结构为截止模式，此时从中间地平面传输而来的表面波被大量反射，而不沿齿状结构传输。在图4中，我们发现引入辐射抑制结构，对原来的单极子天线的回波损耗影响相当小。而在图5中绘制了14GHz处，本实施例中辐射抑制结构上的表面电流幅度分布，沿着辐射抑制结构，电流幅度大幅度减小。在图6中画出了14GHz处的远场增益值，结果显示辐射抑制结构对原单极子天线的后向辐射(-180°±15°内最大值)有约5dB的抑制效果。实施例二：如图2所示，本实施例结构与实施例一中并无不同，只是将辐射抑制结构2中的齿柄及矩形平面更换阻抗表面材料来代替，其方块电阻为50欧姆。在图7中对比了引入阻抗表面材料和完整地平面情形下，单极子天线的回波损耗，发现此结构的影响同样很小。在图8和图9中绘制了该有耗表面波传输结构在8.8GHz和14GHz的电流幅度分布图，发现在两个频率处，表面波从中心的地平面上传导至有耗辐射抑制结构上之后，其幅度迅速减小。从图10及图11展示的远场增益图中，我们也可以清晰地看到加了有损耗的结构以后，后向辐射在两个频率点分别减小了10dB左右。综上所述，本专利技术所提出的两种基于齿状周期结构的后向辐射抑制结构具有明显的效果，而且实现过程简单，成本低廉，不需要额外的地平面空间，对原天线性能影响也很小。该专利技术应用范围广，可以推广应用到一般具有地平面的天线结构中。本专利的例子，在图6、图10和图11中，我们分别得到了5dB、10dB、5dB的后向辐射抑制效果。在实际应用中，可以根据实际尺寸，通过三维全波仿真来对后向辐射抑制效果来进行优化，达到符合产品要求的指标。最后，需要注意的是，以上列举的仅是本专利技术的具体实施例。显然，本专利技术不限于以上实施例，还可以有很多变形。本领域的普通技术人员能从本专利技术公开的内容中直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本专利技术的保护范围。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种天线后向辐射抑制结构，包括单极子天线及地平面，单极子天线底端固定于地平面中心位置，其特征在于：所述地平面中心为圆形平面，圆形平面边沿一周向外均匀延伸有多个结构相同的辐射抑制结构，辐射抑制结构包括由圆形平面向外延伸的齿柄，齿柄上周期性排列有矩形平面，矩形平面均位于齿柄同一侧。/n

【技术特征摘要】
1.一种天线后向辐射抑制结构，包括单极子天线及地平面，单极子天线底端固定于地平面中心位置，其特征在于：所述地平面中心为圆形平面，圆形平面边沿一周向外均匀延伸有多个结构相同的辐射抑制结构，辐射抑制结构包括由圆形平面向外延伸的齿柄，齿柄上周期性排列有矩形平面，矩形平面均位于齿...

【专利技术属性】
技术研发人员：易达，舒余飞，魏兴昌，杨彦彬，
申请(专利权)人：浙江大学自贡创新中心，
类型：发明
国别省市：四川;51