本发明专利技术公开了一种基于Minkowski环状超材料分形超表面复合天线，包括Minkowski环和位于Minkowski环上方的分形结构超表面天线，所述Minkowski环以Au作为辐射贴片，所述分形结构超表面天线以金作为辐射贴片，分形结构超表面天线的最外层是圆环，圆环里面逐层内接正方形环状结构，正方形环状结构边长以圆环外径为基准，从外向里每次按固定倍数递减，并且逆时针旋转固定角度。本发明专利技术通过Minkowski分形结构SRR和圆环结构提高了信号传输的可靠性和传输效率，降低了天线的辐射功率。降低了天线的辐射功率。降低了天线的辐射功率。
【技术实现步骤摘要】
基于Minkowski环状超材料分形超表面复合天线
[0001]本专利技术涉及天线技术，由其涉及一种基于Minkowski环状超材料分形超表面复合天线。
技术介绍
[0002]电磁超材料作为一种新型电磁材料，相比于传统材料而言，它的信号传输可靠性更高，对外接温度环境也不敏感。随着现代通信技术的不断发展，电磁超材料的应用一定会成为大趋势。而且，由于现代通信技术对移动终端的需求越来越多，人们总希望在使用灵活方便的情况下尽量实现足够多的功能。这就要求设计者必须在足够小的空间内安放多个实现不同种功能的天线。然而众所周知，PCB板可供留存放置天线的地方一定是有限的，况且现如今射频PCB版的规格基本都以小型板为主。所以，小型化是设计天线的人必须要解决的一个问题。随着天线设计人员将分形理论引入天线设计领域中，设计人员发现它不仅可以有效减少天线辐射贴片的面积，还有助于将多个天线集成在同一块设备中。因此，分形理论已经成为天线设计领域的研究热点，成为未来天线设计的一个重要方向。
技术实现思路
[0003]本专利技术的目的在于提供一种基于Minkowski环状超材料分形超表面复合天线，提高了信号传输的可靠性和传输效率，降低了天线的辐射功率。
[0004]实现本专利技术目的的技术解决方案为：一种基于Minkowski环状超材料分形超表面复合天线，包括Minkowski环和位于Minkowski环上方的分形结构超表面天线，所述Minkowski环以Au作为辐射贴片，所述分形结构超表面天线以金作为辐射贴片，分形结构超表面天线的最外层是圆环，圆环里面逐层内接正方形环状结构，正方形环状结构边长以圆环外径为基准，从外向里每次按固定倍数递减，并且逆时针旋转固定角度。
[0005]优选地，所述Minkowski环的介质基板介电常数为2.2，厚度为2mm，材料为Rogers RT5880；该介质基板底部厚度以厚度为0.5mm正方形纯铜片作为参考地平面。
[0006]优选地，所述分形结构超表面天线的介质基板介电常数为4.3，厚度为3mm，材料为FR
‑
4。
[0007]优选地，所述Minkowski环与分形结构超表面天线的介质基板之间的距离为0.3mm。
[0008]优选地，所述Minkowski环的辐射贴片最外侧的边长为50mm，辐射贴片厚度0.2mm；Minkowski环的宽度为2mm，外边长为10mm，厚度为0.2mm。
[0009]优选地，所述分形结构超表面天线的扫频范围为4GHz～6GHz，所述圆环外径范围为30.85mm～31mm，所述Minkowski环的陷入深度范围为1.9mm～2.3mm，所述固定倍数为0.51～0.6。
[0010]优选地，所述圆环外径为31mm，宽度为5mm。
[0011]优选地，所述Minkowski环的陷入深度为2.3mm。
[0012]优选地，所述固定倍数为0.6倍，旋转固定角度为45度。
[0013]优选地，所述分形结构超表面天线的谐振频率为5.2GHz左右，副瓣衰减为
‑
20dB左右，回波损耗为
‑
23.4dB左右。
[0014]与现有技术相比，本专利技术的显著优点为：
[0015](1)本专利技术增加了Minkowski分形结构SRR，使得信号传输的可靠性大大增强；
[0016](2)本专利技术在现有普通超表面分形天线的基础之上加了特有的圆环结构，不仅增大了超表面天线的带宽与增益，而且还降低了天线方向图的旁瓣电平，使其信号传输效率得到增加，进而降低了天线的辐射功率。
附图说明
[0017]图1是本专利技术第二层超表面Minkowski环3D图。
[0018]图2是本专利技术第二层超表面Minkowski环主视图。
[0019]图3是本专利技术超表面天线主视图。
[0020]图4是本专利技术对天线第一层外圆半径r这一参数优化所形成的天线S11参数曲线图。
[0021]图5是本专利技术对Minkowski型SRR的凹陷深度Lin这一参数优化所形成的S11参数曲线图。
[0022]图6是本专利技术对第一层天线的递减倍数α这一参数优化所形成的S11参数曲线图。
[0023]图7是本专利技术天线优化完毕后最终的S11参数曲线图。
[0024]图8是本专利技术天线工作在5.5GHz时候的3D辐射方向图。
[0025]图9是本专利技术天线工作在5.5GHz时候的2D方向图。
具体实施方式
[0026]如附图1、2所示，本实施例提出的一种基于分形技术与Minkowski环的超表面复合天线，先以一块边长为70mm，厚度为0.5mm正方形纯铜片作为参考地平面。随后，用一块尺寸为70mm
×
70mm
×
3mm，介电常数为2.2，材料为Rogers公司制造的RT5880作为介质基片放置在铜地上，在其上面覆盖上以Au为材料，厚度为2.2mm的Minkowski环状SRR，目的是利用SRR的谐振特性来保证信号传输的可靠性。之后在其上部0.3mm处放置一块介电常数为4.3、材料为FR
‑
4、尺寸为70mm
×
70mm
×
2mm的介质基片作为此超材料天线的基板。随后，在该介质基片上部用厚度为0.2的Au作为天线的超表面。天线整体效果如附图3所示。在天线第一层中，最外层是圆环，圆环里面是边长以圆环外径为基准，从外向里每次按固定倍数递减的正方形环状结构，并且逆时针旋转45度。从而实现一款工作频率在5.2GHz左右的超材料天线。
[0027]在模型建立好之后，利用CST软件对其天线性能进行仿真。这里主要对天线分形超表面的尺寸进行优化，以找出最符合设计要求的尺寸。为此，主要优化三个参数：超表面最外层圆环的外径r、Minkowski形状SRR的陷入深度Lin以及递减倍数α。
[0028]首先先对参数r进行优化，如附图4所示。首先设定天线扫频范围为4GHz～6GHz，然后设定优化参数r的取值范围从30.85mm～31mm。经过软件仿真后，可以看到该天线在r＝31mm时，天线的回波损耗S11最小，因此取r＝31mm。
[0029]接着对参数Lin进行优化。类似之前优化天线参数r，设定优化参数Lin的范围从
1.9mm～2.3mm，并且控制其余天线参数不变。如附图5所示，经过软件仿真后，可以看到该超表面天线在Lin＝2.3mm时，天线的回波损耗S11最小，因此取参数Lin＝2.3mm。
[0030]类似的，对递减倍数α进行优化。设定优化参数α的范围从0.51～0.6。并且控制其余天线参数不变。如附图6所示，经过软件仿真后，可以看到该超表面天线在α＝0.6时，天线的回波损耗S11最小，因此取参数α＝0.6。最后，在确定了r＝31mm、Lin＝2.3mm、α＝0.6之后，最后对天线总体性能进行仿真。最终得到附图7所示的S11参数曲线。从曲线中可以看出，天线的本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于Minkowski环状超材料分形超表面复合天线，其特征在于，包括Minkowski环和位于Minkowski环上方的分形结构超表面天线，所述Minkowski环以Au作为辐射贴片，所述分形结构超表面天线以金作为辐射贴片，分形结构超表面天线的最外层是圆环，圆环里面逐层内接正方形环状结构，正方形环状结构边长以圆环外径为基准，从外向里每次按固定倍数递减，并且逆时针旋转固定角度。2.根据权利要求1所述的一种基于Minkowski环状超材料分形超表面复合天线，其特征在于，所述Minkowski环的介质基板介电常数为2.2，厚度为2mm，材料为Rogers RT5880；该介质基板底部厚度以厚度为0.5mm正方形纯铜片作为参考地平面。3.根据权利要求2所述的一种基于Minkowski环状超材料分形超表面复合天线，其特征在于，所述分形结构超表面天线的介质基板介电常数为4.3，厚度为3mm，材料为FR
‑
4。4.根据权利要求3所述的一种基于Minkowski环状超材料分形超表面复合天线，其特征在于，所述Minkowski环与分形结构超表面天线的介质基板之间的距离为0.3mm。5.根据权利要求3所述的一种基于Minkowski环状超材料分形超表面复合天线，其特...
【专利技术属性】
技术研发人员：彭树生，贺远，刘钧，吴礼，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：
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