亞波長諧振腔圓極化天線制造技術

亞波長諧振腔圓極化天線，包括間隔設置的全反射板和部分反射板，部分反射板與全反射板相反的一面為表面一，朝向全反射板的一面為表面二，表面一和表面二上均設置有貼片單元陣列，任意兩個相鄰的表面一貼片單元相接，且任意一個表面一貼片單元均包括至少一個空缺部；任意兩個相鄰的表面二貼片單元之間間隔設置，任一表面二貼片單元具有兩個切除部，且兩個切除部位于同一對角線或對稱軸的兩端；全反射板朝向部分反射板的一面設置有輻射源，另一面涂覆金屬層。本發明專利技術基于磁單負特異材料特性及天線結構設計，提供一種體積小、重量輕，結構靈活的天線，該天線同時具有信號極化選擇功能，可用于左旋圓極化信號或右旋圓極化信號的接收或發射。

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.

【技術實現步驟摘要】
亞波長諧振腔圓極化天線
本專利技術涉及天線領域，具體的說，涉及一種基于特異材料的亞波長諧振腔圓極化天線。
技術介紹
待接收信號的頻段一定程度決定所需應用的天線的尺寸。以GHz波段信號的接收為例，國際和國內現用于接收GHz波段信號(例如太陽射電信號、衛星電視信號L、S、C、Ku波段)的天線主要是拋物面天線，這類天線體積大、重量大、維護費用高，特別是太陽射電成像系統中的天線更是如此。相對于拋物面天線，微帶貼片天線是一種平面天線，具有體積小、重量輕、剖面薄、易于加工、易與有源器件和電路集成為單一模塊等諸多優點，在空間探測方面有諸多優勢，已被用于星載衛星觀測系統中。傳統的微帶貼片天線也具有一些不足，例如，可接收頻帶較窄、極化純度差、寄生饋電輻射大等。傳統的腔體微帶貼片天線，利用諧振腔共振原理可實現高方向性，由于受金屬反射面180反射相位的限制，諧振腔的厚度需要滿足：其中d為諧振腔的厚度，λ為接收信號的波長，n為任意正整數，也就是說，諧振腔的厚度最小只能做到接收信號波長的二分之一，若將這種天線用于接收GHz波段信號，視信號需要將諧振腔厚度做到較大，天線整體厚度也限制了天線體積的減小。特異材料是一種新型的人工材料，是指具有亞波長周期性結構的材料，利用材料表面周期性晶格的設計，可使局域共振機制起主導作用。特異材料的介電常數和磁導率可以同時為負值，或者其中之一為負值，或同時小于1。常規材料的電磁特性，主要源于組成材料本身的原子分子對電磁波的響應，特異材料的電磁特性主要源于人工諧振單元對電磁波的響應，利用其電磁波特殊的調控機理，可構造等效磁導率小于零而介電常數大于零的磁單負材料，磁單負材料屬于特異材料的一種，由于磁單負材料的等效磁導率小于零，使其表面的反射相位為0，即產生同相反射，因此，利用磁單負材料的零反射相位特性，可以實現突破半波長尺度限制的諧振腔(亞波長諧振腔)，其諧振腔的厚度可以趨于零，從而可以實現天線系統的小型化。另外，磁單負材料可以用來抑制印刷天線的表面波損耗，從而改善輻射旁瓣和背散射性能。此外，電磁波的極化形式可分為線極化波和圓極化波，圓極化波是一種等幅旋轉場，它可以分解為兩正交等幅、相位相差90°的線極化波。當電磁波信號進入天線后，使簡并正交模式的電磁波諧振頻率產生分離，工作頻率介于兩個諧振頻率之間，當簡并模分離單元大小合適時，對工作頻率而言，一個模的阻抗相角超前45°，另外一模的阻抗相角滯后45°，由此形成電磁波的圓極化。電磁波信號中同樣具有左旋圓極化電磁波和右旋圓極化電磁波信息。而對于這部分信號的研究具有特殊重要的意義，圓極化天線在通信、雷達、電子對抗能方面有廣泛的應用，一些太陽射電望遠鏡中也使用了圓極化天線，以太陽輻射信號的研究為例，太陽輻射的偏振度與磁場和傳播方向的夾角有關，能夠檢測出太陽輻射的左旋或右旋圓極化電磁波，對研究太陽耀斑電子加速過程和日冕參數診斷都非常有意義。公開號為CN101461097A的中國專利公開了一種采用AMC材料的便攜式天線，包括第一層組和第二層組，第一層組和第二層組上下間隔平行設置，中間形成空腔層，其提供了一種三層結構的小型天線。但是其第一層為天線層，第二層為電路結構層，兩層之間是用于隔絕天線層和電路曾的電磁屏蔽層，也就是說，其天線特性層僅為第一層，其他兩層不具有天線的特性。雖然其也公開了貼片的結構，但貼片是經垂直導電空與固定底線連接的，為一種傳統的天線設計結構。公開號為CN104335421A公開了一種應用于無線網絡中的天線，該天線包括兩個被截斷相對角的貼片單元，各個貼片單元之間通過微帶線連接，且各貼片單元之間成角度排列。其公開結構，貼片單元即作為信號分極(左旋圓極化信號或右旋圓極化信號)調理單元，又做為信號輻射接收單元，貼片還具有電流調理及信號導出的作用。這種天線極化選擇能力有限。
技術實現思路
本專利技術的目的在于針對現有技術中，天線尺寸受接收信號波段影響，高波段信號要求接收天線體積大、重量大，以至此類天線存在不易與其他器件共形、維護困難的問題，針對高頻段左旋和右旋圓極化電磁波接收的問題，基于磁單負特異材料特性及天線結構設計，提供一種體積小、重量輕結構靈活的亞波長諧振腔圓極化天線，用于接收GHz波段電磁波信號中左旋圓極化信息和右旋圓極化信息。本專利技術的技術方案為：亞波長諧振腔圓極化天線，具體為一種基于磁單負材料的亞波長諧振腔天線，包括間隔設置的全反射板和部分反射板，部分反射板與全反射板相反的一面為表面一，朝向全反射板的一面為表面二(即與表面一相反的一面為表面二)，表面一和表面二上均設置有貼片單元陣列，任意兩個相鄰的表面一貼片單元相接，且任意一個表面一貼片單元均包括至少一個空缺部；任意兩個相鄰的表面二貼片單元之間間隔設置，任一表面二貼片單元具有兩個切除部，且兩個切除部位于同一對角線或對稱軸的兩端；部分反射板的上下兩表面上的貼片陣列起到調節部分反射板的反射特性的作用，既能調節信號的反射率，調節信號的反射相位，同時能選擇電磁波信號的圓極化方式；全反射板朝向部分反射板的一面設置有輻射金屬源，與饋電輸出端相接，另一面涂覆金屬層，作為全反射面，且這一面設置有饋電接頭(饋電輸出端)，饋電接頭與輻射金屬貼片相接，通過饋電接頭輸出天線信號。優選為：表面一貼片單元和表面二貼片單元均為規則兩側對稱形狀。對稱形狀有利于接收信號的均勻穩定。優選為：表面一貼片單元為四邊形，且四邊形四個角部分形成四個空缺部。優選為：表面一貼片單元為十字形貼片，任意兩個相鄰的十字形貼片相對的一邊相接。優選為：表面二貼片單元同一側切除部的朝向一致。具體說，切除部有兩個，為方便理解，可以認為在正對表面二貼片單元的方向看，一個切除部在上方，一個切除部在下方，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，也可以認為，所有位于上方的切除部都位于表面二貼片單元的同一側，所有位于下方的切除部都位于表面二貼片單元的同一側，且位于上方貼片單元的相反一側。朝向一致才可以接收一種圓極化方式的電磁波信號(左旋圓極化信號或右旋圓極化信號)，若朝向不規則，則兩種圓極化信號都可以進入諧振腔。優選為：表面二貼片單元為方形貼片，且兩個切除部對稱位于表面二貼片單元對角線的兩端。優選為：部分反射板的一個表面一貼片單元與一個表面二貼片單元的中心對齊。中心互為對齊的一組表面一貼片單元和表面二貼片單元構成一個信號調理組，可實現更穩定的信號調理作用。優選為：全反射板為固定安裝結構，部分反射板為可拆卸可調結構。優選為：部分反射板通過滑動部件安裝在豎向滑軌上；或者全反射板和部分反射板上設置有配合安裝孔，通過調節螺釘配合安裝。將全反射板和部分反射板之間設計為可拆卸的結構，便于調整諧振腔的厚度，也方便根據接收需求，通過更換全反射板或部分反射板的方式調整天線的接收頻率。優選為：輻射源為一個輻射金屬貼片，或多個輻射金屬貼片構成的陣列，每個輻射金屬貼片均與饋電輸出終端相接。輻射貼片陣列的輻射源結構有利于天線的大型化設計。優選為：全反射板和部分反射板平行設置，實現更穩定的信號傳輸和調理。全反射板和部分反射板之間的間隔為空氣層或填充有介質材料，可使電磁波信號通過即可。本專利技術的有益效果為：(1)本專利技術提供了一種含單層磁單負材料的亞波長諧振腔圓極化天線是一種平面本文檔來自技高網...

【技術保護點】
亞波長諧振腔圓極化天線，其特征在于：包括間隔設置的全反射板和部分反射板，部分反射板與全反射板相反的一面為表面一，朝向全反射板的一面為表面二，表面一和表面二上均設置有貼片單元陣列，任意兩個相鄰的表面一貼片單元相接，且任意一個表面一貼片單元均包括至少一個空缺部；任意兩個相鄰的表面二貼片單元之間間隔設置，任一表面二貼片單元具有兩個切除部，且兩個切除部位于同一對角線或對稱軸的兩端；全反射板朝向部分反射板的一面設置有輻射源，另一面涂覆金屬層。

【技術特征摘要】
1.亞波長諧振腔圓極化天線，其特征在于：包括間隔設置的全反射板和部分反射板，部分反射板與全反射板相反的一面為表面一，朝向全反射板的一面為表面二，表面一和表面二上均設置有貼片單元陣列，任意兩個相鄰的表面一貼片單元相接，且任意一個表面一貼片單元均包括至少一個空缺部；任意兩個相鄰的表面二貼片單元之間間隔設置，任一表面二貼片單元具有兩個切除部，且兩個切除部位于同一對角線或對稱軸的兩端；全反射板朝向部分反射板的一面設置有輻射源，另一面涂覆金屬層。2.如權利要求1所述的亞波長諧振腔圓極化天線，其特征在于：表面一貼片單元和表面二貼片單元均為規則對稱形狀。3.如權利要求2所述的亞波長諧振腔圓極化天線，其特征在于：表面一貼片單元為四邊形，且四邊形四個角部分形成四個空缺部。4.如權利要求3所述的亞波長諧振腔圓極化天線，其特征在于：表面一貼片單元為十字形貼片，...

【專利技術屬性】
技術研發人員：杜桂強，路光，孫勇，劉芬，嚴發寶，陳耀，
申請(專利權)人：山東大學，
類型：發明
國別省市：山東,37