天線反射板和低後瓣天線的製作方法
2023-07-04 04:08:31
天線反射板和低後瓣天線的製作方法
【專利摘要】一種天線反射板，包括至少一個超材料片層，每一超材料片層包括基板和陣列排布在所述基板上的多個導電幾何結構，所述導電幾何結構包括水平倒置的工字形結構，所述導電幾何結構經配置使所述反射面形成為高阻表面且天線工作頻率處於所述高阻表面的阻帶。一種低後瓣天線，包括天線本體以及所述天線反射板，所述天線反射板與天線本體平行設置並間隔一定距離。採用該天線反射板的天線可以很好地降低天線後瓣。
【專利說明】 天線反射板和低後瓣天線
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及天線技術，特別是涉及一種天線反射板和低後瓣天線。
【背景技術】
[0002]天線的覆蓋方向圖上不僅包括天線主瓣和位於天線主瓣兩側的天線後瓣，天線後瓣容易造成越區覆蓋和幹擾。傳統的具有反射板的天線為了降低天線後瓣，需要加大反射板面積或是改變反射板的物理結構，但是，加大反射板面積會增加天線的安裝面積和天線成本，而已知的改變反射板結構的方式的加工難度大，成本高，傳統方案降低後瓣的效果受到很大的限制。
實用新型內容
[0003]本實用新型的目的在於克服現有技術的上述缺點，提供一種天線反射板和具有該反射板的低後瓣天線。
[0004]為實現上述目的，本實用新型採用以下技術方案:
[0005]一種天線反射板，包括至少一個超材料片層，每一超材料片層包括基板和陣列排布在所述基板上的多個導電幾何結構，所述基板具有所述導電幾何結構的那一面為所述天線反射板的反射面，所述導電幾何結構包括水平倒置的工字形結構，所述導電幾何結構經配置使所述反射面形成為高阻表面且天線工作頻率處於所述高阻表面的阻帶。
[0006]進一步地，所述工字形結構還包括從兩豎邊的兩端進一步向內側相對地水平延伸的梁，從而形成開口相對的兩個山字形結構，所述兩個山字形結構的中間梁連成一體，而兩條上梁之間及兩條下梁之間具有一定間隔。
[0007]進一步地，所述基板劃分為多個超材料單元，其中每一超材料單元上排布有一個所述導電幾何結構。
[0008]進一步地，所述兩個山字形結構的形狀和尺寸相同。
[0009]進一步地，所述兩個山字形結構共同的中間梁的長度為O?100mm，兩條上梁和兩條下梁的長度為O?50mm,側邊的長度為O?50mm。
[0010]進一步地，導電幾何結構為銅、鋁、鐵、金、銀、ΙΤ0、石墨或者碳納米管材質。
[0011]進一步地，所述導電幾何結構的線寬為0.0lmm?10mm。
[0012]進一步地，每一超材料單元的長度為lmm200mm,寬度為0.5mm?100mm。
[0013]所述基板為F4B、FR4、陶瓷、聚四氟乙烯、鐵電、鐵氧或者鐵磁材料板。
[0014]一種低後瓣天線，包括天線本體以及上述的任一種天線反射板，所述天線反射板與天線本體平行設置並間隔一定距離。
[0015]進一步地，所述天線為半波偶極子天線。
[0016]進一步地，所述天線本體的長度為5mm?500mm,所述天線反射板的面積為5mm*5mm?500mm*500mm,所述天線本體與所述天線反射板的間距為2.5mm?250mm。
[0017]本實用新型採用超材料片層作為天線反射板，超材料片層具有構造獨特的導電幾何結構，通過在天線反射板設置工字形導電幾何結構的陣列，使天線反射板的反射面形成為高阻表面，且該高阻表面使天線的工作頻率處於超材料反射板的阻帶，由於天線的工作頻率處於超材料反射板的阻帶，能夠有效抑制表面波的傳播，進而可以有效降低天線後瓣。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0018]圖1為本實用新型實施例中的單層超材料片層結構示意圖；
[0019]圖2為本實用新型實施例中的多層超材料片層結構示意圖；
[0020]圖3為本實用新型實施例中的導電幾何結構示意圖；
[0021]圖4為本實用新型優選實施例中的導電幾何結構排布示意圖；
[0022]圖5和圖6為本實用新型優選實施例中的導電幾何結構示意圖；
[0023]圖7為本實用新型實施例的半波偶極子天線結構示意圖
[0024]圖8為使用本實用新型實施例的反射板和使用傳統反射板的天線的後瓣對比圖。【具體實施方式】
[0025]以下結合附圖對本實用新型的實施例作詳細說明。應該強調的是，下述說明僅僅是示例性的，而不是為了限制本實用新型的範圍及其應用。
[0026]超材料是一種具有天然材料所不具備的超常物理性質的人工複合結構材料，通過對導電幾何結構的有序排列，可以改變空間中每點的相對介電常數和磁導率。超材料可以在一定範圍內實現普通材料無法具備的折射率、阻抗以及透波性能，從而可以有效控制電磁波的傳播特性。本實用新型通過設置工字形導電幾何結構的陣列，使天線反射板的反射面形成為高阻表面，且該高阻表面配置成使天線的工作頻率處於超材料反射板的阻帶。由於高阻表面屬於諧振結構，當天線的工作頻率處於高阻表面的諧振頻率附近時，表面波無法在高阻表面上傳播，後向輻射減小，從而降低天線的背瓣。
[0027]如圖1和圖2所示，本實用新型的實施例提供一種天線反射板，其包括至少一個超材料片層1，每個超材料片層I包括基板10和陣列排布在基板10上的導電幾何結構20。
[0028]圖1是以反射板有一個超材料片層I為例進行說明。圖2所示的反射板有多個超材料片層1，各個超材料片層I沿垂直於片層的方向疊加，並可通過機械連接、焊接或粘合等方式組裝成一體。在實際設計時，可以採用兩個基板，而導電幾何結構陣列排布在其中一個基板上，另一基板覆蓋導電幾何結構，將導電幾何結構夾設在兩個基板之間，同樣能夠達到本實用新型的目的。例如採用3層基板，兩層導電幾何結構間隔排布在3層基板之間。同理，採用5層基板，3層導電幾何結構間隔排布在5層基板之間。本實用新型對超材料片層的具體數量不做限制。通常，在能夠滿足性能的情況下，一個超材料片層就可以作為超材料反射板來使用。陣列排布的導電幾何結構所在平面與電磁波的電場和磁場方向平行，與入射電磁波傳播方向垂直。
[0029]如圖3所示，在本實用新型的一個實施例中，基本的導電幾何結構包括水平倒置的工字形結構。導電幾何結構陣列經配置使天線反射板的反射面形成為高阻表面。
[0030]如圖4所示，超材料片層I中的基板10可劃分為多個超材料單元，每一超材料單元上排布有一個導電幾何結構20。圖中所示的超材料單元的劃分個數僅為示意,並不作為對本實用新型的限制。[0031 ] 如圖4、圖5和圖6所示，在本實用新型的一個優選實施例中，每個所述工字形結構還包括從兩豎邊的兩端進一步向內側相對地水平延伸的梁，從而形成開口相對的兩個山字形結構，所述兩個山字形結構的中間梁連成一體，而兩條上梁之間和兩條下梁之間具有一定間隔，在導電幾何結構的頂部和底部各形成一個缺口。優選地，所述兩個山字形結構共同的中間梁的長度為O~IOmm,兩條上梁和兩條下梁的長度為O~50mm,側邊的長度為O~50_。山字形結構可以由具有預設線寬的金屬條構成。所述金屬條優選為銅條。金屬條的線寬優選為0.01mm~10mm。優選地，例如在天線工作頻率為30GHz左右的情況下，每一超材料單元的長度b為1mm,寬度a為0.5mm。
[0032]導電幾何結構的上述形狀及線寬可以使反射板尤其好地實現高阻表面的特性，有效抑制相應頻率表面波的傳播，從而更有效降低天線的後瓣。
[0033]以上實施例中的數值僅為示例，在實際應用中，可以依據實際需求進行調整，本實用新型對此不作限制。
[0034]超材料片層可以由雙面覆銅介質板加工而成。在本實用新型的一個實施例中，基板10由F4B或FR4複合材料製得。導電幾何結構20在基板朝向天線本體的一側通過蝕刻的方式附著在基板10上，當然導電幾何結構20也可以採用電鍍、鑽刻、光刻、電子刻或者離子刻等方式附著在基板10上。基板10也可以採用其他材料製成，比如陶瓷、聚四氟乙烯、鐵電材料、鐵氧`材料或者鐵磁材料製成。導電幾何結構20採用銅線製成，當然也可以採用銀線、ΙΤ0、石墨或者碳納米管等導電材料製成。
[0035]本實用新型還提供一種天線，包括天線本體以及如上文所述的天線反射板，天線反射板與天線本體平行設置並間隔一定距離。天線可以是但不限於半波偶極子天線。天線本體可以是例如但不限於平板型的。優選地，天線本體的長度為5_~500_，天線反射板的面積為~500mm*500mm,天線本體與天線反射板的間距為2.5mm~250mm。如圖7所示，在一個具體實施例中，偶極子天線本體的長度I為5mm，所述天線反射板的面積為
所述天線本體與所述天線反射板的間距h為2.5mm,天線的電磁波福射方向如圖中箭頭A所示。如本領域技術人員能夠理解，天線通常還可包括輻射源、饋電單元等，本實用新型對此不作限制。天線按用途來說可以是但不限於WLAN天線。
[0036]圖8示出了使用本實用新型實施例的超材料反射板和使用傳統反射板的天線在各方向的天線方向增益對比，虛線I表示使用傳統反射板時的增益，實線2表示使用本實用新型超材料反射板時的增益。從對比結果可以看出，採用本實用新型實施例的超材料反射板，天線的後瓣降低了約5dB，比傳統方案明顯降低。本實用新型反射板不需要通過增大面積的方式來降低後瓣，故相對於傳統方案縮小了天線的面積，降低了成本。
[0037]以上內容是結合具體的優選實施方式對本實用新型所作的進一步詳細說明，不能認定本實用新型的具體實施只局限於這些說明。對於本實用新型所屬【技術領域】的普通技術人員來說，在不脫離本實用新型構思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，都應當視為屬於本實用新型的保護範圍。
【權利要求】
1.一種天線反射板，其特徵在於，包括至少一個超材料片層，每一超材料片層包括基板和陣列排布在所述基板上的多個導電幾何結構，所述基板具有所述導電幾何結構的那一面為所述天線反射板的反射面，所述導電幾何結構包括水平倒置的工字形結構，所述導電幾何結構經配置使所述反射面形成為高阻表面且天線工作頻率處於所述高阻表面的阻帶。
2.根據權利要求1所述的天線反射板，其特徵在於，所述工字形結構還包括從兩豎邊的兩端進一步向內側相對地水平延伸的梁，從而形成開口相對的兩個山字形結構，所述兩個山字形結構的中間梁連成一體，而兩條上梁之間及兩條下梁之間具有一定間隔。
3.根據權利要求1所述的天線反射板，其特徵在於，所述基板劃分為多個超材料單元，其中每一超材料單兀上排布有一個所述導電幾何結構。
4.根據權利要求2所述的天線反射板，其特徵在於，所述兩個山字形結構的形狀和尺寸相同。
5.根據權利要求2所述的天線反射板，其特徵在於，所述兩個山字形結構共同的中間梁的長度為O?IOOmm,兩條上梁和兩條下梁的長度為O?50mm,側邊的長度為O?50mm。
6.根據權利要求1所述的天線反射板，其特徵在於，所述導電幾何結構為銅、鋁、鐵、金、銀、ITO、石墨或者碳納米管材質。
7.根據權利要求6所述的天線反射板，其特徵在於，所述導電幾何結構的線寬為0.0lmm ?10mnin
8.根據權利要求1至7任一項所述的天線反射板，其特徵在於，每一超材料單元的長度為I臟?200mm,寬度為0.5臟?100mm。
9.根據權利要求1至7任一項所述的天線反射板，其特徵在於，所述基板為F4B、FR4、陶瓷、聚四氟乙烯、鐵電、鐵氧或者鐵磁材料板。
10.一種低後瓣天線，其特徵在於，包括天線本體以及如權利要求1?9任一項所述的天線反射板，所述天線反射板與天線本體平行設置並間隔一定距離。
11.根據權利要求10所述的低後瓣天線，其特徵在於，所述天線為半波偶極子天線。
12.根據權利要求11所述的低後瓣天線，其特徵在於，所述天線本體的長度為5mm?500mm,所述天線反射板的面積為5mm*5mm?500mm*500mm,所述天線本體與所述天線反射板的間距為2.5mm?250mm。
【文檔編號】H01Q15/14GK203553361SQ201320717530
【公開日】2014年4月16日 申請日期:2013年11月13日 優先權日:2013年11月13日
【發明者】不公告發明人 申請人:深圳光啟創新技術有限公司