專利名稱：超介質(zhì)智能加載天線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種智能天線裝置，具體涉及一種適用于高速網(wǎng)絡(luò)通信的超介質(zhì)智能加載天線。
背景技術(shù)：
目前，公知的智能天線系統(tǒng)可通過波束形成技術(shù)，也就是自適應(yīng)處理實現(xiàn)高增益的定向波束，以提供高質(zhì)量的通信和干擾。然而當(dāng)通信目標的位置不確定時，天線必須也要通過調(diào)幅調(diào)相發(fā)送一個全向廣播信號給目標物，這樣智能天線要通過改變信號的幅度和相位來實現(xiàn)定向和全向輻射很繁瑣，且全向輻射增益不高，方向圖不圓度也差。

實用新型內(nèi)容本實用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種兼具波束形成和高增益全向輻射功能的超介質(zhì)智能加載天線。為實現(xiàn)上述目的，本實用新型所設(shè)計的一種超介質(zhì)智能加載天線，包括接地板以及從接地板上延伸出的天線陣列，其不同之處是所述天線陣列包括一單極子和一圓柱形的超介質(zhì)層，超介質(zhì)層圍繞單極子設(shè)置并與單極子相耦合；上述超介質(zhì)層是由圓周方向上的 N列以及鉛垂方向上的M層的細圓柱形的金屬棒圍繞而成的立體均勻圓陣列，其中N介于 6 20之間，M介于5 20之間；上述每2層金屬棒之間設(shè)有絕緣介質(zhì)使金屬棒的層與層之間絕緣隔離。上述方案中，所述超介質(zhì)層的直徑最好介于200 600mm之間。上述方案中，所述金屬棒的直徑最好介于2 40mm之間。為了使超介質(zhì)層在工作頻段內(nèi)的折射率趨于零，天線輻射能量匯聚在一個狹窄的平面內(nèi)，形成高增益的全向輻射，上述方案中，N的取值最好為12、M的取值最好為10，即所述超介質(zhì)層最好由12列，10層共120根金屬棒組成。為了形成高增益的定向波束，本實用新型還在超介質(zhì)層鉛垂方向的平面圓周內(nèi)， 即其中2層金屬棒之間的絕緣介質(zhì)中加入至少一層饋源層。上述方案中，所述饋源層最好為2層，且這2層饋源層分別處于超介質(zhì)層上4/5和 1/2的高度處。上述方案所述單極子的兩端即饋電端口處與末端處最好均為錐削結(jié)構(gòu)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型具有如下特點1、使用NXM根金屬棒組成一均勻圓陣列超介質(zhì)層，并將一單極子放置在接地板中間作為饋源，通過確定的金屬棒圓陣列的物理尺寸來設(shè)定超介質(zhì)層的等離子體工作頻率，使超介質(zhì)層在工作頻段內(nèi)的折射率趨于零，天線輻射能量匯聚在一個狹窄的平面內(nèi)，形成高增益的全向輻射；在1.8-1.9GHZ頻帶內(nèi)，可以提供14. 6dBi高增益的定向波束能力的同時，極大改善天線的全向輻射，使全向增益達到8. OdBi，不圓度小于0. 2dBi ；2、利用超介質(zhì)層截斷金屬棒的結(jié)構(gòu)特點，切斷單極子工作，在金屬棒截斷縫隙之間加入饋源層，通過波束形成技術(shù)形成高增益的定向波束；這樣無需改變信號的幅度和相位，而只需改變饋源的位置便可實現(xiàn)天線的定向和全向工作模式的轉(zhuǎn)變，因而電路結(jié)構(gòu)更易于實現(xiàn)。

圖1為本實用新型一種超介質(zhì)智能加載天線的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中標號為1、接地板；2、單極子；3、超介質(zhì)層；4、金屬棒；5、饋源層。
具體實施方式
本實用新型一種超介質(zhì)智能加載天線如圖1所示，其主要由接地板1以及從接地板1上延伸出的天線陣列所組成。其中天線陣列包括一單極子2和一圓柱形的超介質(zhì)層3， 超介質(zhì)層3圍繞單極子2設(shè)置并與單極子2相耦合。上述超介質(zhì)層3由圓周方向上的N列以及鉛垂方向上的M層的細圓柱形的金屬棒4圍繞而成的立體均勻圓陣列，其中N介于6 20之間，M介于5 20之間。即超介質(zhì)層3相當(dāng)于N條垂直的金屬條在接地板1所處平面圓周內(nèi)均勻布陣，而上述金屬條又由M截金屬棒4鉛垂堆疊形成。為了提高智能天線的全向輻射性能，上述每2層金屬棒4之間相互絕緣隔離，即在每2層金屬棒4之間引入絕緣介質(zhì)使金屬棒4的層與層之間隔絕緣隔離。該絕緣介質(zhì)可以為空氣、橡膠或其他的絕緣物質(zhì)。 上述NXM根金屬棒4各自獨立，相互絕緣。通過增加的容性阻抗來改變電磁響應(yīng)，使介電常數(shù)在較低頻率為正的常數(shù)值。此時，通過電路切換只給接地板1中間的單極子2加饋電時，單極子2周圍的截斷金屬棒4陣列構(gòu)成超介質(zhì)加載，智能天線提供全向輻射。另外，位于接地板1中間的單極子2的饋電端口處與末端即可以為平面，也可以如本實用新型所示， 單極子2的饋電端口處與末端均為錐削結(jié)構(gòu)。由于電磁場響應(yīng)的劇烈變化對利用超介質(zhì)的電磁透鏡的調(diào)制是需要的。同時截斷金屬棒4結(jié)構(gòu)展示了一個從負介電常數(shù)的金屬響應(yīng)到正介電常數(shù)的類似絕緣體響應(yīng)的轉(zhuǎn)換。因此，通過選擇金屬棒4合適的參數(shù)來設(shè)定超介質(zhì)層3的等離子體工作頻率，從而使超介質(zhì)層3在工作頻段內(nèi)的折射率趨于零，天線輻射能量匯聚在一個狹窄的平面內(nèi)，即形成高增益的全向輻射。在本實用新型中，所選用的金屬棒4的直徑介于2 40mm之間，其所圍成的超介質(zhì)層3的直徑介于200 600mm之間。在本實用新型優(yōu)選實施例中，選用直徑為IOmm的金屬棒4共120根，并將其排列成N = 12列、M = 10層的、且直徑為332mm的圓柱形的超介質(zhì)層3。為了讓本實用新型能夠提供高增益的定向波束，還需要在超介質(zhì)層3鉛垂方向的平面圓周內(nèi)，即其中2層金屬棒4之間的絕緣介質(zhì)中處加入至少一層饋源層5。此時，接地板1中間的單極子2不加饋電，而通過電路切換給饋源層5加饋電時，智能天線提供高增益的定向波束。為了不改變信號的幅度和相位即能實現(xiàn)工作模式的切換，在本實用新型優(yōu)選實施例中，所述饋源層5為2層，這樣可通過數(shù)字處理系統(tǒng)對上述2層饋源層5進行設(shè)置。 上述2層饋源層5應(yīng)最好分別處于超介質(zhì)層3上4/5和1/2的高度處，在本實用新型優(yōu)選實施例中，其中1個饋源層5由位于第2層和第3層金屬棒4之間間隙處的12個單元饋電振子構(gòu)成。另1個饋源層5則由位于第5層和第6層金屬棒4之間間隙處的12個單元饋電振子構(gòu)成。[0019] 本實用新型既可利用周期性被截斷金屬棒4圓柱陣列組成的超介質(zhì)結(jié)構(gòu)來提高智能天線的全向增益，又可利用該超介質(zhì)層3結(jié)構(gòu)的特點在超介質(zhì)層3鉛垂方向的平面圓周內(nèi)加入饋源層5來實現(xiàn)智能天線的定向增益。當(dāng)需要智能天線工作在全向工作模式時， 將信號輸出端接于單極子2上，即僅給接地板1中間的單極子2加饋電時，此時單極子2周圍的12根被截斷的金屬條陣列及其原定向輻射的振子單元構(gòu)成超介質(zhì)層3加載，智能天線提供全向輻射。當(dāng)需要智能天線工作在定向工作模式時，信號輸出端接于饋源層5上，并通過數(shù)字處理系統(tǒng)讓2層饋源層5與信號源具有相同的相位和幅度，此時第2層和第3層金屬棒4、第5層和第6層金屬棒4作為偶極子單元振子饋電，智能天線提供定向波束。
權(quán)利要求1.超介質(zhì)智能加載天線，包括接地板⑴以及從接地板⑴上延伸出的天線陣列，其特征在于所述天線陣列包括一單極子( 和一圓柱形的超介質(zhì)層(3)，超介質(zhì)層(3)圍繞單極子( 設(shè)置并與單極子( 相耦合；上述超介質(zhì)層C3)是由圓周方向上的N列以及鉛垂方向上的M層的細圓柱形的金屬棒圍繞而成的立體均勻圓陣列，其中N介于6 20 之間，M介于5 20之間；上述每2層金屬棒(4)之間設(shè)有絕緣介質(zhì)使金屬棒的層與層之間絕緣隔離。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超介質(zhì)智能加載天線，其特征在于所述超介質(zhì)層(3)的直徑介于200 600mm之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超介質(zhì)智能加載天線，其特征在于所述金屬棒(4)的直徑介于2 40mm之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求1 3中任意一項所述的超介質(zhì)智能加載天線，其特征在于上述N為 12、M為10，即所述超介質(zhì)層(3)由12列，10層共120根金屬棒⑷組成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的超介質(zhì)智能加載天線，其特征在于在超介質(zhì)層(3)鉛垂方向的平面圓周內(nèi)，即其中2層金屬棒(4)之間的絕緣介質(zhì)中加入至少一層饋源層(5)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的超介質(zhì)智能加載天線，其特征在于所述饋源層(5)為2層， 且這2層饋源層( 分別處于超介質(zhì)層( 上4/5和1/2的高度處。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超介質(zhì)智能加載天線，其特征在于所述單極子O)的兩端即饋電端口處與末端處均為錐削結(jié)構(gòu)。
專利摘要本實用新型公開一種超介質(zhì)智能加載天線，其主要由接地板以及從接地板上延伸出的天線陣列組成，所述天線陣列包括一單極子和一圓柱形的超介質(zhì)層，超介質(zhì)層圍繞單極子設(shè)置并與單極子相耦合；上述超介質(zhì)層是由圓周方向上的N列以及鉛垂方向上的M層的細圓柱形的金屬棒圍繞而成的立體均勻圓陣列，其中N介于6～20之間，M介于5～20之間；上述每2層金屬棒之間設(shè)有絕緣介質(zhì)使金屬棒的層與層之間絕緣隔離。本實用新型不僅能提供高增益的定向波束，而且能實現(xiàn)高質(zhì)量的全向輻射。
文檔編號H01Q21/00GK202034481SQ20112005342
公開日2011年11月9日 申請日期2011年3月1日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月1日
發(fā)明者于新華, 姜彥南, 廖俊, 曹衛(wèi)平, 李思敏, 高喜 申請人:桂林電子科技大學(xué)