本發(fā)明涉及天線領(lǐng)域，具體的說(shuō)，涉及一種基于雙層磁單負(fù)材料的亞波長(zhǎng)諧振腔天線。

背景技術(shù)：

待接收信號(hào)的頻段一定程度決定所需應(yīng)用的天線的尺寸。以ghz波段信號(hào)的接收為例，國(guó)際和國(guó)內(nèi)現(xiàn)用于接收ghz波段信號(hào)(例如太陽(yáng)射電信號(hào)、衛(wèi)星電視信號(hào)l、s、c、ku波段)的天線主要是拋物面天線，這類(lèi)天線體積大、重量大、維護(hù)費(fèi)用高，特別是太陽(yáng)射電成像系統(tǒng)中的天線更是如此。

相對(duì)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(yōu)點(diǎn)，在空間探測(cè)方面有諸多優(yōu)勢(shì)，已被用于星載衛(wèi)星觀測(cè)系統(tǒng)中。傳統(tǒng)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(tǒng)的腔體微帶貼片天線，利用諧振腔共振原理可實(shí)現(xiàn)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(hào)的波長(zhǎng)，n為任意正整數(shù)，也就是說(shuō)，諧振腔的厚度最小只能做到接收信號(hào)波長(zhǎng)的二分之一，若將這種天線用于接收ghz波段信號(hào)，視信號(hào)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(zhǎng)周期性結(jié)構(gòu)的材料，利用材料表面周期性晶格的設(shè)計(jì)，可使局域共振機(jī)制起主導(dǎo)作用。特異材料的介電常數(shù)和磁導(dǎo)率可以同時(shí)為負(fù)值，或者其中之一為負(fù)值，或同時(shí)小于1。常規(guī)材料的電磁特性，主要源于組成材料本身的原子分子對(duì)電磁波的相應(yīng)，特異材料的電磁特性主要源于人工諧振單元對(duì)電磁波的響應(yīng)，利用其電磁波特殊的調(diào)控機(jī)理，可構(gòu)造等效磁導(dǎo)率小于零而介電常數(shù)大于零的磁單負(fù)材料，磁單負(fù)材料屬于特異材料的一種，由于磁單負(fù)材料的等效磁導(dǎo)率小于零，使其表面的反射相位為0，即產(chǎn)生同相反射，因此，利用磁單負(fù)材料的零反射相位特性，可以實(shí)現(xiàn)突破半波長(zhǎng)尺度限制的諧振腔(亞波長(zhǎng)諧振腔)，其諧振腔的厚度可以趨于零，從而可以實(shí)現(xiàn)天線系統(tǒng)的小型化。另外，磁單負(fù)材料可以用來(lái)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。

公開(kāi)號(hào)為cn101461097a的中國(guó)專(zhuān)利公開(kāi)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(shè)置，中間形成空腔層，其提供了一種三層結(jié)構(gòu)的小型天線。但是其第一層為天線層，第二層為電路結(jié)構(gòu)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(shuō)，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(kāi)了貼片的結(jié)構(gòu)，但貼片是經(jīng)垂直導(dǎo)電空與固定底線連接的，為一種傳統(tǒng)的天線設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中，天線尺寸受接收信號(hào)波段影響，高波段信號(hào)要求接收天線體積大、重量大，以至此類(lèi)天線存在不易與其他器件共形、維護(hù)困難的問(wèn)題，基于磁單負(fù)特異材料特性及天線結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，提供一種體積小、重量輕結(jié)構(gòu)靈活的天線，接收波段信號(hào)對(duì)此類(lèi)天線體積及重量的影響小。

本發(fā)明的技術(shù)方案為：基于磁單負(fù)材料的亞波長(zhǎng)諧振腔天線，包括間隔設(shè)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(shè)置有貼片單元陣列，任意兩個(gè)相鄰的表面一貼片單元相接，且任意一個(gè)表面一貼片單元均包括至少一個(gè)空缺部；任意兩個(gè)相鄰的表面二貼片單元之間間隔設(shè)置；部分反射板的上下兩表面上的貼片陣列起到調(diào)節(jié)部分反射板的反射特性的作用，既能調(diào)節(jié)信號(hào)的反射率，同時(shí)能調(diào)節(jié)信號(hào)的反射相位；全反射板朝向部分反射板的一面為表面三，表面三上設(shè)置有表面三貼片單元，間隔設(shè)置形成表面三貼片陣列，表面三上設(shè)置有輻射源，與表面三相反的一面為表面四，表面四涂覆金屬層，作為全反射面，且這一面設(shè)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(guò)饋電接頭輸出天線信號(hào)。

優(yōu)選為：表面一貼片單元、表面二貼片單元和表面三貼片單元均為規(guī)則對(duì)稱形狀。

優(yōu)選為：表面一貼片單元為四邊形，且四邊形四個(gè)角部分形成四個(gè)空缺部。

優(yōu)選為：表面一貼片單元為十字形貼片，任意兩個(gè)相鄰的十字形貼片相對(duì)的一邊相接；表面二貼片單元和表面三貼片單元均為方形貼片。

優(yōu)選為：表面二貼片單元具有兩個(gè)切除部，或表面二貼片單元和表面三貼片單元均具有兩個(gè)切除部，且兩個(gè)切除部位于同一對(duì)角線或?qū)ΨQ軸的兩端。

優(yōu)選為：表面二貼片單元、表面三貼片單元或輻射金屬貼片中的任意一種貼片單元或任意兩種貼片單元或三種貼片單元具有兩個(gè)切除部，且兩個(gè)切除部位于同一對(duì)角線或?qū)ΨQ軸的兩端；所有貼片單元同一側(cè)切除部的朝向一致。這種結(jié)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)圓極化信號(hào)的接收，使天線可接收左旋圓極化信號(hào)或可接收右旋圓極化信號(hào)。

優(yōu)選為：部分反射板的一個(gè)表面一貼片單元與一個(gè)表面二貼片單元的中心對(duì)齊，或一個(gè)表面一貼片單元、一個(gè)表面二貼片單元、一個(gè)表面三貼片單元的中心均對(duì)齊。中心互為對(duì)齊的一組貼片單元構(gòu)成一個(gè)信號(hào)調(diào)理組，可實(shí)現(xiàn)更穩(wěn)定的信號(hào)調(diào)理作用。

優(yōu)選為：表面三上設(shè)置有一個(gè)輻射金屬貼片或多個(gè)輻射金屬貼片，多個(gè)輻射金屬貼片組成貼片陣列作為輻射源，每個(gè)輻射金屬貼片均與饋電輸出端相接。例如：輻射金屬貼片陣列通過(guò)微帶饋電網(wǎng)絡(luò)或通過(guò)同軸饋電連接到饋電輸出終端。這種結(jié)構(gòu)有利于天線的大型化設(shè)計(jì)，從而擴(kuò)大天線的接收幅度。

優(yōu)選為：全反射板為固定安裝結(jié)構(gòu)，部分反射板為可拆卸可調(diào)結(jié)構(gòu)。部分反射板通過(guò)滑動(dòng)部件安裝在豎向滑軌上，或者，全反射板和部分反射板上設(shè)置有配合安裝孔，通過(guò)調(diào)節(jié)螺釘配合安裝。中心互為對(duì)齊的一組表面一貼片單元和表面二貼片單元構(gòu)成一個(gè)信號(hào)調(diào)理組，可實(shí)現(xiàn)更穩(wěn)定的信號(hào)調(diào)理作用。

優(yōu)選為：全反射板和部分反射板平行設(shè)置，實(shí)現(xiàn)更穩(wěn)定的信號(hào)傳輸和調(diào)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(zhì)材料。

本發(fā)明的有益效果為：

(1)本發(fā)明提供了一種含雙層磁單負(fù)材料的亞波長(zhǎng)諧振腔特異材料天線是一種平面天線，本發(fā)明基于部分反射板表面一和表面二的貼片單元陣列，全反射板表面三貼片單元陣列，使部分反射板和全反射板具有磁單負(fù)材料的特性，利用磁單負(fù)材料的特殊電磁特性，其整體厚度可以遠(yuǎn)小于探測(cè)或者接收電磁波的波長(zhǎng)的二分之一，特別是，利用磁單負(fù)材料的零反射相位特性，諧振腔厚度可以趨于零。與現(xiàn)有微帶貼片天線相比，諧振腔厚度不受接收信號(hào)波長(zhǎng)的限制，從而可極大減小天線的尺寸。

(2)特異材料微帶天線的主體是介質(zhì)材料，部分反射板和全反射板表面的金屬層占整體重量很小，因此，含單層磁單負(fù)材料的亞波長(zhǎng)諧振腔特異材料天線是具有體積小、重量輕、超薄、易與其他器件共形等多個(gè)優(yōu)點(diǎn)。這類(lèi)新型的特異材料天線繼承了傳統(tǒng)微帶天線的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)克服了很多傳統(tǒng)微帶天線的缺點(diǎn)。

(3)與公開(kāi)號(hào)為cn101461097a的專(zhuān)利相比，雖然本申請(qǐng)?zhí)峁┑奶炀€也是一種三層結(jié)構(gòu)，但本申請(qǐng)中三層均具有天線的特性，三層配合工作，使天線的性能大大提高。

(4)天線的工作頻率受諧振腔厚度和磁單負(fù)單元個(gè)體尺寸、磁單負(fù)材料整體尺寸的影響。調(diào)整諧振腔的厚度可調(diào)整，全反射板和部分反射板的組裝結(jié)構(gòu)靈活，可根據(jù)天線應(yīng)用場(chǎng)合、待接收信號(hào)的波段特性調(diào)整二者之間的間距，從而調(diào)整諧振腔的厚度。也可以更換具有不同磁單負(fù)單元尺寸的部分反射板，調(diào)整接收天線的頻率響應(yīng)特性，使天線工作在最佳的接收或發(fā)射頻率。進(jìn)一步使該天線為一種變頻天線。

(5)全反射板和部分反射板的組裝結(jié)構(gòu)靈活，另一方面好處為：天線組裝后，可通過(guò)微調(diào)改變諧振腔的厚度，避免了調(diào)整天線結(jié)構(gòu)而重新加工，從而節(jié)省了加工成本和降低了測(cè)試調(diào)試難度。

附圖說(shuō)明

圖1(a)為一種實(shí)施方式天線結(jié)構(gòu)示意圖；

圖1(b)為另一種實(shí)施方式天線結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為部分反射板表面一結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3(a)為部分反射板表面二結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3(b)為另一種實(shí)施方式部分反射板表面二結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為全反射板全反射面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5(a)為一種實(shí)施方式全反射板與部分反射板相對(duì)的一面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5(b)為另一種實(shí)施方式全反射板與部分反射板相對(duì)的一面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5(c)為另一種實(shí)施方式全反射板與部分反射板相對(duì)的一面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5(d)為另一種實(shí)施方式全反射板與部分反射板相對(duì)的一面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5(e)為另一種實(shí)施方式全反射板與部分反射板相對(duì)的一面結(jié)構(gòu)示意圖

圖6為部分反射板的表面一貼片單元結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7為部分反射板的表面二貼片單元結(jié)構(gòu)示意圖；

圖8為部分反射板傳統(tǒng)單元與磁單負(fù)單元的反射率對(duì)比圖；

圖9為部分反射板傳統(tǒng)單元與磁單負(fù)單元的反射相位對(duì)比圖；

圖10為采用一個(gè)輻射金屬貼片作為輻射源的工作頻率為2.8ghz的天線的s11圖；

圖11為采用一個(gè)輻射金屬貼片作為輻射源的工作頻率為2.8ghz的天線的方向增益圖；

圖12為另一種實(shí)施方式表面一貼片單元結(jié)構(gòu)示意圖；

圖13為另一種實(shí)施方式表面一貼片單元結(jié)構(gòu)示意圖；

圖14為另一種實(shí)施方式表面一貼片單元結(jié)構(gòu)示意圖；

圖15為另一種實(shí)施方式表面二貼片單元或表面三貼片單元結(jié)構(gòu)示意圖；

圖16為另一種實(shí)施方式表面二貼片單元或表面三貼片單元結(jié)構(gòu)示意圖；

圖17為另一種實(shí)施方式表面二貼片單元或表面三貼片單元結(jié)構(gòu)示意圖；

圖18為工作頻率為2.8ghz的對(duì)角切角貼片作為輻射源的天線的s11圖；

圖19為工作頻率為2.8ghz的對(duì)角切角貼片作為輻射源的天線的軸比圖；

圖20為工作頻率為2.8ghz的對(duì)角切角貼片作為輻射源的天線實(shí)際方向增益圖。

圖21為工作頻率為2.78ghz的圓極化天線的方向增益圖

圖22為工作頻率為2.8ghz的輻射金屬貼片陣列作為輻射源的天線的s11圖；

圖23為工作頻率為2.8ghz的輻射金屬貼片陣列作為輻射源的天線的實(shí)際方向增益圖；

圖24為工作頻率為2.805ghz的輻射金屬貼片陣列作為輻射源的圓極化天線的s11圖；

圖25為工作頻率為2.805ghz的輻射金屬貼片陣列作為輻射源的圓極化天線的軸比圖；

圖26為工作頻率為2.805ghz的輻射金屬貼片陣列作為輻射源的圓極化天線的實(shí)際方向增益圖；

圖27為含切除部的對(duì)角切角的貼片單元示意圖。

其中：1-部分反射板，2-全反射板，3-諧振腔，4-表面一貼片單元，5-表面二貼片單元，6-金屬全反射面，7-饋電接頭，8-表面三貼片單元，9-輻射金屬貼片，10-微帶饋電網(wǎng)絡(luò)

具體實(shí)施方式

以下將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行清楚完整地描述。顯然，具體實(shí)施方式所描述的實(shí)施例僅為本發(fā)明的一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。

本發(fā)明提供了一種基于磁單負(fù)特異材料的亞波長(zhǎng)諧振腔天線，屬于微帶貼片天線的一種，與現(xiàn)有技術(shù)中微帶貼片天線相比，基于特異材料的頻率調(diào)整特性，可使天線的諧振腔厚度大大減小，且不受接收信號(hào)頻段的限制，從而可大大減小天線的體積和重量。

實(shí)施例1

如圖1所示，為本發(fā)明提供的諧振腔天線結(jié)構(gòu)示意圖。基于磁單負(fù)特異材料的亞波長(zhǎng)諧振腔天線包括間隔平行設(shè)置的全反射板3和部分反射板1；全反射板2和部分反射板1之間的間隙即形成諧振腔2。根據(jù)接收信號(hào)的方向不同，全反射板3可位于部分反射板1下方，也可以為全反射板3位于部分反射板1上方。

如圖2和圖3所示，部分反射板1上下兩表面均設(shè)置有周期排布的貼片單元陣列，任意兩個(gè)相鄰的表面一貼片單元相接，且任意一個(gè)表面一貼片單元均包括至少一個(gè)空缺部，用于使信號(hào)通過(guò)部分反射板1；任意兩個(gè)相鄰的表面二貼片單元之間間隔設(shè)置。

如圖4、圖5(a)、圖5(b)、圖5(c)、圖5(d)和圖5(e)所示，全反射板3朝向部分反射板1的一面為表面三，設(shè)置有輻射金屬貼片8和表面三貼片單元9，任意兩個(gè)表面三貼片單元9之間間隔設(shè)置，輻射金屬貼片8位于表面三貼片單元9中間，也可以認(rèn)為，表面三貼片單元9是圍繞在輻射金屬貼片8周?chē)O(shè)置的。全反射板3與表面三相對(duì)的一面為表面四，表面四涂覆金屬層，金屬全反射面6上有饋電接頭7。饋電接頭7正極與輻射金屬貼片9相接，用于導(dǎo)出天線信號(hào)；饋電接頭7負(fù)極接地。

具體的說(shuō)，部分反射板的表面一貼片單元4包括n個(gè)，相接結(jié)合構(gòu)成表面一貼片單元4陣列，表面二貼片單元5包括n個(gè)，間隔排列構(gòu)成表面二貼片單元陣列；同樣表面三貼片單元8頁(yè)包括n個(gè)，間隔排列構(gòu)成表面三貼片單元陣列。表面一貼片單元4和表面二貼片單元5的這種配合結(jié)構(gòu)，構(gòu)造部分反射板1為單層磁單負(fù)材料，表面三貼片單元5的配合結(jié)構(gòu)，同樣構(gòu)造了全反射板3為單層磁單負(fù)材料，使部分反射板1和全反射板3均對(duì)接收信號(hào)產(chǎn)生調(diào)節(jié)作用。

其中部分反射板1主要作用有兩個(gè)，一個(gè)是使部分信號(hào)能夠透過(guò)部分反射板1，入射到諧振腔2內(nèi)，另一個(gè)作用是對(duì)未透射進(jìn)諧振腔2的信號(hào)起到反射作用，同時(shí)可以調(diào)節(jié)進(jìn)入諧振腔2內(nèi)的電磁波信號(hào)的反射相位。其進(jìn)入諧振腔2內(nèi)的信號(hào)強(qiáng)弱與表面一貼片單元4的空缺部的設(shè)置有關(guān)。

部分反射板1的表面二貼片陣列以及全反射板的金屬反射面6、表面三貼片陣列配合作用，二者的主要作用是對(duì)透射進(jìn)入諧振腔2的信號(hào)進(jìn)行多次反射、疊加，信號(hào)經(jīng)過(guò)多次加強(qiáng)后，最終使信號(hào)被饋源(包含輻射金屬貼片8和饋電輸出端)接收。

作為優(yōu)選，表面一貼片單元4、表面二貼片單元5和表面三貼片單元8均為規(guī)則的兩側(cè)對(duì)稱形狀，一個(gè)表面一貼片單元4、一個(gè)表面二貼片5單元的中心對(duì)齊，或者一個(gè)表面一貼片單元4、一個(gè)表面二貼片5單元和一個(gè)表面三貼片單元8的中心均對(duì)其。這種結(jié)構(gòu)可增強(qiáng)表面一貼片單元4、表面二貼片單元5和表面三貼片單元8的反射特性，即可以得到合適的反射率和可調(diào)的反射相位，由于采用對(duì)稱結(jié)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的信號(hào)調(diào)理效果，同時(shí)可以調(diào)節(jié)進(jìn)入諧振腔2的電磁波信號(hào)的反射相位。

例如，部分反射板1上的表面一貼片單元4可采用四邊形，且四邊形四個(gè)角部分形成四個(gè)空缺部。也就是說(shuō)，表面一貼片單元4是由一個(gè)四邊形演變而成的形狀，在四邊形的四個(gè)角對(duì)稱的構(gòu)成出四個(gè)空缺部，為信號(hào)傳入、傳出部分反射板1提供通道。這個(gè)空缺部可以為三角形或正方形或其他的形狀。

再給出一種具體的實(shí)施方式，表面一貼片單元4為十字形貼片，任意兩個(gè)相鄰的十字形貼片相對(duì)的一邊相接；表面二貼片單元5為正方形貼片，表面三貼片單元8為正方形貼片。其中表面二貼片單元5和表面三貼片單元8是尺寸相同的正方形?？梢岳斫?，十字形貼片即是一個(gè)正方形或長(zhǎng)方形演變而形成的結(jié)構(gòu)，可以想象為一個(gè)正方形或長(zhǎng)方形對(duì)稱的摳除四個(gè)角后形成的。

作為一種更優(yōu)的實(shí)施方式，一個(gè)十字形貼片與一個(gè)正方形貼片中心對(duì)齊，十字形貼片的長(zhǎng)度大于正方形貼片的邊長(zhǎng)。由于十字形貼片是每個(gè)均連接，而正方形貼片需要間隔設(shè)置，這種結(jié)構(gòu)才可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)十字形貼片對(duì)應(yīng)一個(gè)正方形貼片，中心對(duì)齊。

全反射板和部分反射板之間的間隔，也就是諧振腔2，可以為空氣層或填充介質(zhì)材料，其中所述的介質(zhì)材料是指天線信號(hào)可傳輸?shù)牟牧稀?/p>

除采用十字形貼片和正方形貼片外，表面一貼片單元4、表面二貼片單元5和表面三貼片單元8還可以采用其他的形狀。如圖12至圖17所示，給出了其他幾種表面一貼片單元4、表面二貼片單元5和表面三貼片單元8的實(shí)施結(jié)構(gòu)示意圖。

以上，概括論述了天線的結(jié)構(gòu)，以下，將以一種2.80ghz特異材料天線為具體實(shí)施方式來(lái)說(shuō)明天線的結(jié)構(gòu)。由于本發(fā)明提供的天線，其諧振腔2的厚度，貼片單元的尺寸都會(huì)影響天線接收信號(hào)的頻率，因此，以下具體實(shí)施方式提供的天線尺寸提供了一種工作頻率為2.80ghz的天線。該天線以太陽(yáng)10.7cm波長(zhǎng)(2.80ghz，對(duì)應(yīng)f107指數(shù))的射電輻射流量計(jì)中的天線接收頻率2.80ghz為例，諧振腔以空氣為例，進(jìn)行設(shè)計(jì)。

諧振腔2的兩個(gè)反射壁，分別是，下面的全反射板3，包含全金屬反射面6和金屬輻射貼片8以及表面三貼片陣列，上面的是部分反射板1，包括表面一貼片陣列和表面二貼片陣列，分別為不同的貼片結(jié)構(gòu)。

圖4至圖7給出了這種實(shí)施方式天線結(jié)構(gòu)示意圖。具體來(lái)說(shuō)，該天線由三層結(jié)構(gòu)組合而成。其中位于底部的全反射板3為厚度為5mm的介質(zhì)板，介質(zhì)的介電常數(shù)為3.7。一面覆蓋銅層作為金屬全反射面6，另一面的中央是作為激勵(lì)源的通過(guò)50ω同軸線直接饋電的輻射金屬貼片8，輻射金屬貼片8為一個(gè)，尺寸為25mm*16.7mm；位于中間的是作為諧振腔2填充空氣的第二層結(jié)構(gòu)，厚度為5mm；位于天線頂部的部分反射板1，厚度為5mm，它的表面一刻有周期為34*34的十字形金屬貼片(表面一貼片)4，單元金屬網(wǎng)格線條的寬度為4mm，長(zhǎng)度為12mm。它的表面二為周期為34*34的正方形金屬貼片(表面二貼片)5，單元金屬貼片的尺寸為11.4mm，金屬片間的間距為1.2mm。

表面三貼片單元8的尺寸及排布與表面二貼片單元的尺寸和排布相同，只是，表面三貼片單元8之間要設(shè)置輻射金屬貼片8，因此，表面三貼片單元8的數(shù)量相對(duì)要少。

天線的工作參數(shù)為：工作頻率為2.80ghz，諧振腔2厚度僅為5mm，僅為工作頻率空氣波長(zhǎng)108mm的1/21，實(shí)現(xiàn)了天線超薄特性，主瓣的增益為18.5db，最大增益角度為0°，主瓣方向角為18.6°，旁瓣電平為-21.3db。該天線與傳統(tǒng)的貼片天線相比，具有更高的增益和主波束效率。與傳統(tǒng)拋物面天線相比，相同的性能下具有更小的體積和更小的厚度，可具有更輕的重量，結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單，加工更加方便。

天線結(jié)構(gòu)的上層結(jié)構(gòu)為部分反射板1，上層結(jié)構(gòu)的非完全反射特性使得電磁波既能在諧振腔2中多次反射以使諧振頻率的電磁波信號(hào)實(shí)現(xiàn)共振增強(qiáng)，同時(shí)又能保證信號(hào)向前方輻射出去或者被饋源接收。

傳統(tǒng)的部分反射平板結(jié)構(gòu)通常為介質(zhì)平板的一面上是周期排布金屬貼片，而另一面不具有貼片結(jié)構(gòu)，此處，我們稱這種結(jié)構(gòu)的天線為諧振腔體天線。與傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)不同，新型的部分反射板1上是由亞波長(zhǎng)磁單負(fù)諧振單元(表面一為金屬網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，表面二為周期排布的方形金屬貼片)周期性排布構(gòu)成，全反射板3是由磁單負(fù)諧振單元(表面三為周期性排布的方形金屬貼片)。傳統(tǒng)部分反射平板面，和由磁單負(fù)單元周期排布構(gòu)成的部分反射平板面，在2.8ghz的反射率分別為0.973和0.975，滿足高反射的特性。當(dāng)2.8ghz頻率的電磁波照射到傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)時(shí)會(huì)產(chǎn)生接近180度的反射相位，所以腔體的最小厚度接近工作頻率波長(zhǎng)的一半，工作頻率的電磁波在共振腔體中才能反射疊加增強(qiáng)。但2.8ghz頻率的電磁波照射到含磁單負(fù)材料的結(jié)構(gòu)時(shí)，電磁波的反射相位可以為0或者接近0，所以諧振腔2厚度可以小于半波長(zhǎng)，從而實(shí)現(xiàn)亞波長(zhǎng)諧振腔體。

圖8和圖9給出了本實(shí)施例天線與傳統(tǒng)的部分反射結(jié)構(gòu)材料天線反射率和反射相位的對(duì)比圖。從圖8可見(jiàn)，采用磁單負(fù)特異材料的天線，其反射率較傳統(tǒng)天線的反射率有較大的不同；圖9可見(jiàn)，采用磁單負(fù)特異材料天線較傳統(tǒng)天線相比，反射相位可以接近0或者等于0。需要說(shuō)明，由于本實(shí)施例提供的為2.8ghz的天線，可見(jiàn)在2.8ghz附近，天線的反射相位接近于0，而在2.8ghz正負(fù)范圍內(nèi)，由于天線特性不再適用于這種工作頻率，頻率差越大，反射相位也會(huì)逐漸增大。

圖10和圖11給出了本實(shí)施例中天線的s11圖和方向增益圖，可見(jiàn)天線性能良好。

該設(shè)計(jì)方法也適用于其他頻率的新型天線。適當(dāng)?shù)恼{(diào)整亞波長(zhǎng)諧振腔2的厚度，及磁單負(fù)單元結(jié)構(gòu)和輻射金屬貼片的尺寸(特別說(shuō)明的是，構(gòu)成磁單負(fù)單元的結(jié)構(gòu)不限定于十字網(wǎng)格和矩型貼片，其他形狀的組合也可以實(shí)現(xiàn)磁單負(fù)單元)，使其等效磁導(dǎo)率小于零甚至趨于負(fù)無(wú)窮大，從而調(diào)整磁單負(fù)材料的零反射相位(或者任意數(shù)值的反射相位)頻率，并調(diào)整天線的工作頻率。

具體的說(shuō)，部分反射平板層1的部分反射特性的變化可以通過(guò)改變磁單負(fù)材料的基本單元的大小來(lái)實(shí)現(xiàn)，例如，組成貼片陣列的十字交叉金屬線的寬度調(diào)控，寬度增加時(shí)平板層1的反射率增大，寬度減小時(shí)平板層1的反射率減小。部分反射平板層1的零反射相位對(duì)應(yīng)的頻率，主要由表面二單元方形金屬貼片的寬度調(diào)整，寬度增加時(shí)部分反射平板層的零反射相位頻率向低頻移動(dòng)，寬度減小時(shí)部分反射平板層的零反射相位頻率向高頻移動(dòng)。根據(jù)以上規(guī)律可以設(shè)計(jì)不同頻率響應(yīng)的磁單負(fù)單元。

磁單負(fù)單元整體尺寸增大時(shí)，部分反射平板層1的零反射相位頻率向低頻移動(dòng)。磁單負(fù)單元整體尺寸減小時(shí)，部分反射平板層1的零反射相位頻率向高頻移動(dòng)。

天線的工作頻率也可通過(guò)調(diào)整亞波長(zhǎng)諧振腔2的厚度來(lái)調(diào)整。當(dāng)諧振腔體2的厚度增加時(shí)，天線工作頻率向低頻移動(dòng)，當(dāng)諧振腔體2的厚度減小時(shí)，天線的工作頻率向高頻移動(dòng)。電磁波在共振腔體中多次反射疊加，滿足上下兩面的反射相位與波程相位之和為2π的整數(shù)倍才能實(shí)現(xiàn)疊加增強(qiáng)。磁單負(fù)特異材料在一定的頻率范圍內(nèi)可以實(shí)現(xiàn)接近零的反射相位，在這個(gè)頻率范圍內(nèi)腔體厚度發(fā)生變化，滿足電磁波共振增強(qiáng)條件的頻率也會(huì)隨之發(fā)生變化。所以通過(guò)適當(dāng)調(diào)節(jié)腔體的厚度可以調(diào)整天線的工作頻率。

綜合調(diào)整各個(gè)尺寸參數(shù)可以實(shí)現(xiàn)天線的最佳輻射性能。

該天線結(jié)構(gòu)利用亞波長(zhǎng)諧振腔結(jié)構(gòu)對(duì)于放置在腔體內(nèi)部的輻射源8，可以起到增強(qiáng)輻射方向性的作用，提高天線輻射的增益。利用磁單負(fù)材料的0反射相位特性，實(shí)現(xiàn)了諧振腔的亞波長(zhǎng)超薄厚度。

實(shí)施例2

在實(shí)施例1的從基礎(chǔ)上，本實(shí)施例進(jìn)一步提供一種基于雙層磁單負(fù)材料的圓極化諧振腔天線。該天線對(duì)信號(hào)中左旋信號(hào)和右旋信號(hào)具有選擇功能，天線接收一種圓極化電磁波的能力遠(yuǎn)大于接收另一種圓極化電磁波的能力。

與實(shí)施例1不同的是，需要為貼片單元設(shè)計(jì)一個(gè)切除部，而這個(gè)切除部可以設(shè)置在表面二貼片單元5、表面三貼片單元8或輻射金屬貼片9的任意一種貼片單元或任意兩種貼片單元或三種貼片單元上。具體如圖3(b)、圖5(b)、圖5(c)和圖5(e)所示。

一種實(shí)施結(jié)構(gòu)：表面二貼片單元5位方形，任一表面二貼片單元具有兩個(gè)切除部，且兩個(gè)切除部位于同一對(duì)角線或?qū)ΨQ軸的兩端(定義這種結(jié)構(gòu)為對(duì)角切角結(jié)構(gòu))。具體說(shuō)，表面二貼片單元的切除部位于方形的對(duì)角線的兩端，也就是方形的兩個(gè)對(duì)角的位置，為將方形的對(duì)角切除一個(gè)三角形部分，即可實(shí)現(xiàn)切除部的結(jié)構(gòu)。

以一種具體的天線尺寸為例：全反射板3為厚度為3.17mm的介質(zhì)板，介質(zhì)的介電常數(shù)為2.2，一面覆蓋金屬銅作為金屬全反射面6，另一面為作為輻射源的矩形金屬貼片，輻射金屬貼片周?chē)鸀橹芷谂挪嫉膶?duì)角切角的方形金屬貼片陣列18，單元方形金屬貼片的寬度尺寸為22.8mm，金屬貼片間的間距為2.4mm，左下角和右上角對(duì)角切角的切線長(zhǎng)度為1.3mm。位于中間的2是填充空氣的諧振腔，厚度為15.2mm；部分反射板3，厚度為3.17mm，它的表面一排布有周期為10*10的金屬網(wǎng)格4，單元金屬網(wǎng)格線條的寬度為8mm，長(zhǎng)度為24mm。表面二排布有周期為10*10的對(duì)角切角正方形金屬貼片17，單元方形金屬貼片的寬度尺寸為22.8mm，金屬貼片間的間距為2.4mm，左上角和右下角對(duì)角切角的切線長(zhǎng)度為1.3mm，切線為圖27中所示的線段a。天線的整體尺寸為240mm*240mm*21.5mm。

部分反射板的磁單負(fù)單元的方形金屬貼片為對(duì)角切角的結(jié)構(gòu)，使得圓極化磁單負(fù)結(jié)構(gòu)平板從可以實(shí)現(xiàn)特定圓極化波的篩選，其中一種圓極化的透過(guò)率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于另一種圓極化的透過(guò)率。

天線的工作參數(shù)為：空氣諧振腔的厚度15.2mm，厚度小工作頻率波長(zhǎng)的1/7。在頻率2.8ghz，s11為-21.7db，駐波比小于1.2，右旋極化下3db波束寬度為22.8度，主瓣和第一副瓣相差大于-14.5db，考慮金屬損耗后，實(shí)際增益可達(dá)11.4db。左旋極化下實(shí)際增益僅為-5.5db，該天線是一種良好的右旋圓極化天線。

如果天線結(jié)構(gòu)尺寸不變，僅將磁單負(fù)單元結(jié)構(gòu)方形貼片對(duì)稱切角的位置改變即可改變天線的圓極化方式。將部分反射板的方形金屬貼片17改為左下角和右上角對(duì)角切角的切線長(zhǎng)為1.3mm的切角，全反射平板上的方形金屬貼片18改為右下角和左上角對(duì)角切角的切線長(zhǎng)為1.3mm的切角，該天線即為工作在2.8ghz的左旋圓極化天線。

另一種實(shí)施結(jié)構(gòu)：采用具有兩個(gè)相對(duì)切除部的貼片作為輻射源(金屬輻射貼片9)，而表面二貼片單元5、表面三貼片單元8均為正方形貼片。

對(duì)角切角的方形金屬貼片作為輻射源的含雙層磁單負(fù)材料的超薄右旋圓極化天線，天線的輻射源為一個(gè)對(duì)角切角的方形金屬貼片。而諧振腔2的兩個(gè)反射壁，分別為部分反射板1和全反射板3。具體來(lái)說(shuō)，該天線由三層結(jié)構(gòu)組合而成。全反射板3為厚度為5mm的介質(zhì)板，介質(zhì)的介電常數(shù)為3.7，一面覆蓋金屬銅作為金屬全反射面6，另一面的中央是作為輻射源的通過(guò)50ω同軸線直接饋電的對(duì)角切角的方形金屬貼片，對(duì)角切角的方形輻射金屬貼片的尺寸為27mm*27mm,對(duì)角切角的切線長(zhǎng)度為5mm，方形輻射金屬貼片8周?chē)転橹芷谂挪嫉恼叫谓饘儋N片陣列8，單元方形金屬貼片的寬度尺寸為11.0mm,金屬片間的間距為2mm；位于中間的是填充空氣的諧振腔2，厚度為10mm；部分反射板1厚度為5mm，它的表面一排布有周期為20*20的金屬網(wǎng)格4，單元金屬網(wǎng)格線條的寬度為4mm，長(zhǎng)度為12mm，它的表面二排布有周期為20*20的正方形金屬貼片，單元方形金屬貼片的寬度尺寸為11.4mm，金屬片間的間距為1.2mm。

該天線用于接收右旋圓極化信號(hào)。

天線的工作參數(shù)為：工作頻率為2.80ghz，腔體厚度為10mm，小于工作頻率波長(zhǎng)108mm的1/10，右旋圓極化下，主瓣的增益為13.7db，最大增益角度為0°，主瓣方向角為12.6°，旁瓣電平為-15.8db。左旋圓極化下實(shí)際增益僅為1.5db，該天線是一種良好的右旋圓極化天線。

圖18、圖19和圖20分別給出了該天線的s11圖、軸比圖和實(shí)際方向增益圖。從以上附圖可以看出，天線在主方向0度時(shí)軸比僅為2.52。天線性能良好，對(duì)右旋圓極化信號(hào)的極化選擇性高。

再一種實(shí)施結(jié)構(gòu)：表面二貼片單元8采用對(duì)角切角方形金屬貼片，表面三貼片單元5為方形金屬貼片和輻射金屬貼片8為單個(gè)矩形輻射金屬貼片。

該天線用于接收右旋圓極化信號(hào)，

天線的工作參數(shù)為：工作頻率為2.78ghz，腔體厚度為15mm，小于工作頻率波長(zhǎng)108mm的1/7，右旋圓極化下，主瓣的增益為10.7db，最大增益角度為0°，主瓣方向角為23.3°，旁瓣電平為-12.6db。左旋圓極化下實(shí)際增益僅為1.3db，該天線是一種良好的右旋圓極化天線。

圖21給出了該天線的實(shí)際方向增益圖。從附圖可以看出，該天線對(duì)右旋極化信號(hào)的極化選擇性高。

其他的實(shí)施結(jié)構(gòu)，除以上結(jié)構(gòu)外，還可以采用：(1)表面二貼片單元5和表面三貼片單元8采用對(duì)角切角貼片；(2)表面二貼片單元5和輻射金屬貼片9采用對(duì)角切角貼片；(3)表面三貼片單元9和輻射金屬貼片9采用對(duì)角切角貼片，等實(shí)施方式。

實(shí)施例3

在實(shí)施例1的基礎(chǔ)上，本實(shí)施例進(jìn)一步提供一種基于雙層磁單負(fù)材料的大尺寸諧振腔諧振腔天線。

表面三上設(shè)置有多個(gè)輻射金屬貼片9，構(gòu)成金屬輻射貼片陣列，每個(gè)輻射金屬貼片9均與饋電輸出端相接。具體如圖5(d)所示。

輻射金屬貼片陣列作為輻射源的含雙層磁單負(fù)材料的超薄平面天線的輻射源為2*2(4)個(gè)矩形金屬貼片陣列。而諧振腔2的兩個(gè)反射壁，分別為部分反射板1和全反射板3。具體來(lái)說(shuō)，該天線由三層結(jié)構(gòu)組合而成。全反射板3為厚度為5mm的介質(zhì)板，介質(zhì)的介電常數(shù)為3.7，一面覆蓋金屬銅作為金屬全反射面6，另一面為作為輻射源的2*2(4)個(gè)矩形金屬貼片，矩形貼片周?chē)転橹芷谂挪嫉恼叫谓饘儋N片陣列，單元方形金屬貼片的寬度尺寸為11.0mm,金屬片間的間距為2mm。激勵(lì)電流由饋電點(diǎn)，經(jīng)過(guò)饋電網(wǎng)絡(luò)按照不同的激勵(lì)電流分布到各個(gè)輻射金屬貼片8上；位于中間的是填充空氣的諧振腔2，厚度為5mm；部分反射板1，厚度為5mm，表面一排布有周期為48*48的金屬網(wǎng)格4，單元金屬網(wǎng)格線條的寬度為4mm，長(zhǎng)度為12mm；表面二排布有周期為48*48的正方形金屬貼片5；單元方形金屬貼片寬度尺寸為11.4mm，金屬貼片間的間距為1.2mm；表面三排布有正方形金屬貼片，單元方形金屬貼片寬度尺寸為11.4mm，金屬貼片間的間距為1.2mm輻射源位于表面三貼片單元之間。天線的整體尺寸為576mm*576mm*15mm，該天線實(shí)現(xiàn)了超薄的亞波長(zhǎng)厚度同時(shí)具有較大的輻射口徑面積。

該天線的工作參數(shù)為：工作頻率為2.80ghz，腔體厚度為5mm，僅為工作頻率空氣波長(zhǎng)108mm的1/21，主瓣的增益為21.8db，最大增益角度為0°，主瓣方向角為12.5°，旁瓣電平為-20.1db。與傳統(tǒng)拋物面天線相比，相同的性能下，具有更小的體積和更小的諧振腔厚度，結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單，加工更加方便。

圖22和23為天線性能圖，從圖可見(jiàn)，天線性能良好，右旋圓極化信號(hào)選擇性高。

實(shí)施例4

在實(shí)施例2和3的基礎(chǔ)上，本實(shí)施例進(jìn)一步提供一種基于雙層磁單負(fù)材料的、大尺寸圓極化諧振腔天線。

這種天線全反射板3采用圖5(d)所示的結(jié)構(gòu)，部分反射板1采用圖3(b)所示的結(jié)構(gòu)，表面三上設(shè)置有多個(gè)輻射金屬貼片9，每個(gè)輻射金屬貼片8均與饋電輸出端7相接。表面二貼片單元5采用對(duì)角切角結(jié)構(gòu)。其設(shè)置原理同上述實(shí)施例1至實(shí)施例3，此處不再贅述。

含雙層對(duì)角切角的磁單負(fù)材料的超薄右旋圓極化天線的輻射源為2*2(4)個(gè)矩形金屬貼片組成的陣列。而諧振腔的兩個(gè)反射壁，包括全反射板3和部分反射板1。具體來(lái)說(shuō)，該天線由三層結(jié)構(gòu)組合而成，全反射板3為厚度為5mm的介質(zhì)板，介質(zhì)的介電常數(shù)為2.2，一面覆蓋金屬銅層作為金屬全反射面6，另一面為作為輻射源的2*2(4)個(gè)矩形金屬貼片組成的陣列，激勵(lì)電流由饋電點(diǎn)，經(jīng)過(guò)微帶饋電網(wǎng)絡(luò)分布到各個(gè)輻射金屬貼片上，輻射金屬貼片周?chē)挪紝?duì)角切角的方形金屬貼片陣列，單元對(duì)角切角的方形金屬貼片的寬度尺寸為22.8mm，金屬貼片間的間距為2.4mm，對(duì)角切角的切線長(zhǎng)度為2.6mm；位于中間的2是填充空氣的諧振腔，厚度為15.2mm；部分反射板1，厚度為5mm，它的表面一排布有周期為15*15的金屬網(wǎng)格4，單元金屬網(wǎng)格線條的寬度為11mm，長(zhǎng)度為24mm。它的表面二排布有周期為15*15的對(duì)角切角的方形金屬貼片5，單元對(duì)角切角的方形金屬貼片的寬度尺寸為22.8mm，金屬貼片間的間距為2.4mm，對(duì)角切角的切線長(zhǎng)度為2.6mm。天線的整體尺寸為360mm*360mm*21.8mm，該天線實(shí)現(xiàn)了超薄的亞波長(zhǎng)厚度并具有較大的輻射口徑面積。

天線的工作參數(shù)為：工作頻率為2.805ghz，腔體厚度為15.2mm，小于工作頻率波長(zhǎng)108mm的1/7，2.805ghz的s11參數(shù)為-15.2db，天線軸比在0度方向僅為2.4，右旋圓極化下，主瓣的增益為12.1db，最大增益角度為0°，主瓣方向角為17.5°，旁瓣電平為-8.5db。左旋圓極化下實(shí)際增益僅為-5.8db，該天線是一種良好的右旋圓極化天線。

這種結(jié)構(gòu)有利于天線大尺寸化，同時(shí)可以接收?qǐng)A極化信號(hào)。

圖24、圖25和圖26給出了天線的性能圖。該天線同樣為右旋圓極化天線，天線軸比度低，對(duì)右旋圓極化信號(hào)的選擇性高。

需要指出，這種類(lèi)型天線結(jié)構(gòu)不限于以上給出的圖示，相應(yīng)的，表面三貼片單元8可以設(shè)計(jì)為上述的對(duì)角切角結(jié)構(gòu)；每個(gè)輻射金屬貼片也可以采用對(duì)角切角結(jié)構(gòu)。其設(shè)置原理同上述實(shí)施例1至實(shí)施例3，此處不再贅述。

實(shí)施例5

本實(shí)施方式進(jìn)一步提供一種諧振腔2厚度可調(diào)的天線結(jié)構(gòu)。除以下不同外，其他結(jié)構(gòu)同實(shí)施例1。

實(shí)施例1中已述，可通過(guò)調(diào)整諧振腔2厚度或改變磁單負(fù)陣列單元的尺寸來(lái)調(diào)整天線的工作頻率。而現(xiàn)有結(jié)構(gòu)中，天線一般為固定結(jié)構(gòu)，一但組裝好，很難再改變天線的結(jié)構(gòu)。

本實(shí)施例中可將全反射板3和部分反射板1均設(shè)計(jì)為可拆卸可調(diào)的結(jié)構(gòu)，通過(guò)調(diào)整二者的位置可調(diào)整諧振腔2的厚度，通過(guò)拆卸更換，可更換不同尺寸磁單負(fù)陣列單元的部分反射板1。另外一種方式，也可將全反射板3設(shè)計(jì)為固定安裝結(jié)構(gòu)，部分反射板為可拆卸可調(diào)結(jié)構(gòu)。

具體的說(shuō)，部分反射板1通過(guò)滑動(dòng)部件安裝在豎向滑軌上，通過(guò)在滑軌上移動(dòng)，可調(diào)整諧振腔2的厚度。

另一種實(shí)施方式，全反射板3和部分反射板1上設(shè)置有配合安裝孔，通過(guò)調(diào)節(jié)螺釘配合安裝。通過(guò)配合螺釘旋轉(zhuǎn)可調(diào)整二者之間的間距。