宽带低剖面小型化AMC腔体单极子天线制造技术

本发明专利技术涉及一种宽带低剖面小型化AMC腔体单极子天线，包括单极子天线、寄生结构、宽带AMC结构、金属腔体，单极子天线安装在腔体侧壁上，寄生结构位于单极子天线两侧，与腔体开口面平齐放置，宽带AMC结构为加空气层的方形贴片型AMC结构，其位于单极子天线与腔体底面之间，在介质基板上面印制正方形阵列，介质基板与腔体底面之间为空气层。本发明专利技术通过将单极子与寄生结构放置在腔体侧壁上，实现天线宽带内的宽波束覆盖，有效利用了腔体空间，实现了天线的小型化与轻量化；而且，基于宽带AMC结构，在保持腔体单极子天线32％带宽的条件下，将天线的剖面降低了40％，整个天线在小尺寸腔体内具有良好的阻抗和辐射特性。具有良好的阻抗和辐射特性。具有良好的阻抗和辐射特性。

【技术实现步骤摘要】
宽带低剖面小型化AMC腔体单极子天线


[0001]本专利技术涉及宽带低剖面小尺寸腔体内的腔体天线领域，特别是涉及一种基于AMC(人工磁导体)结构的宽带低剖面小型化腔体单极子天线。

技术介绍

[0002]在宽带探测和定位中，要求天线具有宽波束和中等增益以及适合的方向图覆盖，同时希望天线在电性能的要求下小型化和轻量化。腔体天线因其增益高、方向图稳定、后瓣辐射小等优势成为一种新的天线形式选择。根据激励源的形式，可将腔体天线分为：偶极子腔体天线、单极子腔体天线、螺旋腔体天线、缝隙腔体天线等。腔体天线的腔体尺寸通常较大，在一个波长左右。但安装在复杂载体平台中，受平台尺寸的限制，腔体往往开口尺寸和高度受限，本专利技术对小尺寸腔体进行研究，采用单极子腔体天线，腔体开口尺寸小于0.5个波长。
[0003]常用的降低天线剖面的方法主要有采用加载技术和结合超材料结构两种。天线加载常采用短路加载或者阻抗加载等技术，使天线在低频谐振降低最低工作频率实现小型化和低剖面的目标，但是他们也有各自的问题，加工精度要求较高、带宽较窄或对天线的辐射效率和增益的影响较大。结合超材料一般是通过超表面，通过天线与超表面之间的耦合增强天线的带宽，改善场分布，扩大有效口径。相较而言，使用超表面降低天线的剖面更利于保证天线性能。
[0004]将超材料单元周期性或非周期性地排列在二维平面内，即形成超表面。超表面具有相位可调制的特性，能够在很小的尺寸范围内实现对电磁波极化、传播的调控，具有物理尺寸小、高度低、低损耗等优点，适用于隐身材料、微波器件和天线的小型化，在低剖面天线设计上也具有广泛的应用前景。AMC作为超表面的一个分支，具有同相反射的特性，即能够使电磁波的反射波与入射波同相。为了天线具有良好的定向辐射，腔体天线的激励源需距离腔底四分之一波长的距离，因为这样天线向腔底辐射的电磁波经过腔底反射以及路过的距离，在腔体口面上的相位与天线向前辐射的电磁波相位相同。为了降低天线的剖面，将AMC应用到腔体天线上，能够在非常靠近天线的情况下使天线定向辐射，同时不影响其辐射特性。
[0005]常见的AMC结构主要有蘑菇型AMC结构、共面紧凑型AMC结构、方形贴片型AMC结构和耶路撒冷型AMC结构。传统的AMC结构带宽较窄，一般在百分之十左右，不能满足天线的宽带的要求，很多新型AMC结构能够展宽AMC带宽，但是设计或加工复杂。

技术实现思路

[0006]要解决的技术问题
[0007]为了避免现有技术的不足之处，本专利技术提出一种宽带低剖面小型化AMC腔体单极子天线，在小尺寸的腔体开口尺寸内，在保证单极子天线宽带宽波束覆盖的基础上，使天线具有良好的辐射特性，同时对天线进行小型化，减小天线重量，更进一步，通过宽带AMC结构
有效降低天线的剖面。
[0008]技术方案
[0009]一种宽带低剖面小型化AMC腔体单极子天线，其特征在于包括单极子天线、寄生结构、宽带AMC结构、金属腔体和馈电同轴线五部分；
[0010]所述单极子天线整体呈方环状，一角外侧切平，安装在腔体侧壁上，与腔体开口面平齐放置；
[0011]所述寄生结构整体呈三角条状，两个寄生结构对称放置在单极子天线两侧，与腔体开口面平齐放置；寄生结构不与金属腔体接触；
[0012]所述宽带AMC结构为加空气层的方形贴片型AMC，包括四个部分，自上而下依次为，方形贴片阵列，方形介质基板，空气层以及利用腔体底壁作为的反射面；每个方形贴片大小相同，间距相同，印制在介质基板上面；方形介质基板用四根塑料支撑柱支撑；
[0013]所述金属腔体整体呈长方体状，上壁开口，其余五壁封闭；
[0014]所述馈电同轴线与单极子天线进行电学连接。
[0015]本专利技术进一步的技术方案：单极子天线为蝶形振子变形，中心为空心。
[0016]本专利技术进一步的技术方案：单极子天线与寄生结构厚度相同，单极子天线宽度大于寄生结构，单极子天线与寄生结构相邻的边平行。
[0017]本专利技术进一步的技术方案：单极子天线、寄生结构、AMC的方形介质基板与腔体下壁平行放置。
[0018]本专利技术进一步的技术方案：通过调整单极子天线的长度厚度、寄生结构的长度厚度以及两者之间的间距来优化阻抗匹配。
[0019]本专利技术进一步的技术方案：通过调整单极子与介质基板的距离、介质基板与腔体下壁的距离、方形贴片的大小以及相邻贴片的间距来优化单极子天线与AMC结构的匹配。
[0020]本专利技术进一步的技术方案：所述馈电同轴线的特性阻抗为50欧姆。
[0021]本专利技术进一步的技术方案：所述的金属腔体在一侧壁上侧打五个圆柱通孔，中间通孔用于馈电同轴线与单极子天线电学连接，另外通孔用于固定寄生结构。
[0022]本专利技术进一步的技术方案：所述的馈电同轴线的一端屏蔽层与金属腔体的侧面外壁相接，内芯穿过金属腔体侧壁上的通孔与单极子天线相连。
[0023]有益效果
[0024]本专利技术的单极子腔体天线利用腔体结构，将单极子天线安装在腔体侧壁上，相较与偶极子天线所需腔体尺寸更小，并且单极子本身的长度和重量就是偶极子天线的一半，更符合天线小型化和轻量化的要求。单极子天线为蝶形振子变形，实现宽带性能，通过将蝶形振子中心挖空，进一步减小天线重量，同时通过寄生结构进一步展宽带宽。
[0025]本专利技术通过将单极子与寄生结构放置在腔体侧壁上，实现天线宽带内的宽波束覆盖，有效利用了腔体空间，实现了天线的小型化与轻量化；而且，基于宽带AMC结构，在保持腔体单极子天线32％带宽的条件下，将天线的剖面降低了47％，整个天线在小尺寸腔体内具有良好的阻抗和辐射特性。
[0026]本专利技术采用加空气层的方形贴片型AMC结构，在普通方形贴片型AMC结构的介质基板与下层金属层中间增加一层空气层，等效给AMC结构串联一个电感，降低AMC结构的Q值，进而提高AMC结构的带宽，同时加空气层的方形贴片型AMC结构加工与设计简单，并且正负
90度反射相位带宽能达到百分之五十，能够满足天线宽带的要求。
[0027]具有以下几个特点：
[0028]第一，以单极子天线为腔体天线的激励源，将单极子天线安装在侧壁上，在开口尺寸小于0.5倍的最低频率对应波长的腔体内，实现良好的定向辐射。
[0029]第二，单极子天线采用变形的蝶形振子，并将蝶形振子中心截去，实现天线的小型化和轻量化以及天线宽带内的宽波束覆盖。
[0030]第三，在传统的方形贴片型AMC结构的介质基板与下层金属板之间加空气层，在使用薄介质基板的基础上，大大展宽了AMC结构的带宽，且设计和加工简单。
[0031]第四，在腔体单极子天线上结合加空气层的方形贴片型AMC结构，将天线的剖面降低47％。
[0032]仿真实验表明，本专利技术提供的腔体单极子天线驻波比小于2的相对带宽为32％，E面增益在3.6
‑
6.5dBi之间，交叉极化小于
‑
40dB，H面半功率波瓣宽度在本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种宽带低剖面小型化AMC腔体单极子天线，其特征在于包括单极子天线、寄生结构、宽带AMC结构、金属腔体和馈电同轴线五部分；所述单极子天线整体呈方环状，一角外侧切平，安装在腔体侧壁上，与腔体开口面平齐放置；所述寄生结构整体呈三角条状，两个寄生结构对称放置在单极子天线两侧，与腔体开口面平齐放置；寄生结构不与金属腔体接触；所述宽带AMC结构为加空气层的方形贴片型AMC，包括四个部分，自上而下依次为，方形贴片阵列，方形介质基板，空气层以及利用腔体底壁作为的反射面；每个方形贴片大小相同，间距相同，印制在介质基板上面；方形介质基板用四根塑料支撑柱支撑；所述金属腔体整体呈长方体状，上壁开口，其余五壁封闭；所述馈电同轴线与单极子天线进行电学连接。2.根据权利要求1所述的一种宽带低剖面小型化AMC腔体单极子天线，其特征在于：单极子天线为蝶形振子变形，中心为空心。3.根据权利要求1所述的一种宽带低剖面小型化AMC腔体单极子天线，其特征在于：单极子天线与寄生结构厚度相同，单极子天线宽度大于寄生结构，单极子天线与寄生结构相邻的边平行。4.根据权利要求1所述的一种宽带低剖...

【专利技术属性】
技术研发人员：雷娟，黄磊，侯雅静，汪俊，孔玉，吴松，陈士举，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：