一種人工磁導體單元、人工磁導體結構及平面天線的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及電磁場的超材料領域，特別涉及一種人工磁導體單元、人工磁導體結 構及平面天線。
【背景技術】
[0002] 近幾年，軟硬表面、電磁帶隙結構、左手材料以及人工磁導體（Artificial Magnetic Conductor，AMC)等名詞越來越多的出現在電磁場技術領域中，這些結構或者材 料均具有在自然界中并不存在的但極具價值的電磁特性，因此這些結構或材料也被學界 稱為超材料，而它們所具有的奇特的電磁特性已經在實現新型高性能天線與微波器件領域 顯示出強大的優勢。
[0003] 由于理想電導體（Perfect Electronic Conductor，PEC)表面需滿足邊界條件：切 向電場為零，可知當平面波入射到其表面時，反射波的電場與入射波之間有180度的相位 差。這使得當金屬作為天線的反射面用以增強半空間輻射時，天線與反射面之間的距離需 為四分之一波長左右。否則，由于反射波的電場反相，會大大削弱天線的輻射性能，這樣就 增大了天線的尺寸，在實際應用中造成不便。由電磁場理論中的對偶性原理，平面波入射到 理想磁導體表面時，入射波與反射波的電場是同相的，如果用理想磁導體做天線的反射面， 就可以實現新型的低剖面天線，而理想磁導體在自然界中不存在。
[0004] 為了實現理想磁導體的電磁特性，人工磁導體被提出，這種結構同樣具有理想磁 導體對平面波的同相位反射特性，同時具有低剖面，重量輕的特點。目前，關于人工磁導體 的研宄很多，但其窄帶特性一直是研宄人工磁導體的瓶頸。
【發明內容】
[0005] 為了克服現有技術存在的缺點與不足，本發明提供一種人工磁導體單元、人工磁 導體結構及平面天線。
[0006] 本發明可提供相對帶寬為50%的寬頻段覆蓋，使用該結構作為平面基站天線反射 板可將天線高度降低到原來的1/3,該結構對多種極化的天線同時適應，應用范圍很廣。
[0007] 本發明采用的技術方案：
[0008] -種人工磁導體單元，包括金屬周期貼片、金屬過孔、金屬接地板及介質基板，所 述金屬周期貼片由中心挖空的方形貼片及螺旋線構成，所述螺旋線設置在方形貼片的中心 挖空部分，并與方形貼片連接，所述螺旋線通過金屬過孔與金屬接地板連接，所述金屬周期 貼片刻蝕在介質基板上。
[0009] 所述金屬接地板與介質基板之間為空氣。
[0010] 所述金屬過孔的長度21mm，直徑為I. 5mm。
[0011] 所述方形貼片的中心挖空部分為圓形，其中圓形半徑為9mm。
[0012] 一種人工磁導體結構，包括多個如權利要求1所述的人工磁導體單元，所述多個 人工磁導體單元周期性分布在介質基板上。
[0013] 所述多個人工磁導體單元周期性分布具體為9X9周期性分布，其中螺旋線為90 度旋轉對稱。
[0014] 一種由人工磁導體結構構成的平面天線，包括天線振子以及位于天線振子下方的 人工磁導體結構，所述天線振子包括天線介質基板、下表面金屬貼片和上表面金屬貼片。
[0015] 所述天線振子與人工磁導體結構的距離為9mm。
[0016] 所述平面天線為雙極化平面天線、線極化平面天線或雙極化平面天線中的一種。
[0017] 本發明的有益效果：
[0018] (1)金屬過孔連接周期貼片與金屬地板是實現寬帶特性的關鍵，增加金屬過孔的 長度可以增加等效電感從而起到拓展帶寬的作用，但同時也增加了人工磁導體結構的剖面 高度。該結構通過設計合適的過孔長度，既達到了需要的帶寬，又保證了低剖面特性；
[0019] (2)周期貼片包括中心挖空的方形貼片和螺旋線兩部分，方形貼片可等效為電容， 螺旋線可等效為電感，起到拓展帶寬的作用，調節螺旋線的長度和寬度可調節人工磁導體 的反射相位帶隙；
[0020] (3)該結構采用厚度為0. 76mm，相對介電常數為3. 48的介質，介質層與金屬地板 之間為空氣層，由于其等效介電常數較小，等效電容也較小，使用這種結構既有利于拓展帶 寬，又具有低損耗、質量輕的優點。
【附圖說明】
[0021] 圖I(a)是本發明人工磁導體單元的結構示意圖，圖I (b)是該人工磁導體單元結 構剖面示意圖；
[0022] 圖2(a)是本發明人工磁導體結構的結構示意圖，圖2 (b)是該人工磁導體結構剖 面示意圖；
[0023] 圖3是本發明人工磁導體結構加載在平面天線的結構示意圖；
[0024] 圖4(a)是現有技術下加載金屬反射板的天線結構剖面示意圖，圖4(b)是加載人 工磁導體結構天線剖面示意圖；
[0025] 圖5是加載人工磁導體結構天線S參數曲線圖。
[0026] 圖中示出：
[0027] 1-金屬周期貼片，2_金屬過孔，3_金屬接地板，4_介質基板，5_方形貼片，6_螺旋 線，7-天線介質基板，8-下表面金屬貼片，9-上表面金屬貼片，10-立柱。
【具體實施方式】
[0028] 下面結合實施例及附圖，對本發明作進一步地詳細說明，但本發明的實施方式不 限于此。
[0029] 實施例
[0030] 如圖1(a)-圖1(b)所示，一種人工磁導體單元，包括金屬周期貼片1、金屬過孔2、 金屬接地板3及介質基板4,所述金屬周期貼片1由中心挖空的方形貼片5及螺旋線6構 成，所述螺旋線6設置在方形貼片5的中心挖空部分，并與方形貼片5連接，所述螺旋線6 通過金屬過孔2與金屬接地板3電連接，所述金屬周期貼片1刻蝕在介質基板上。金屬過 孔2使得金屬周期貼片1與金屬接地板3之間形成LC并聯等效電路，其中，金屬周期貼片 1的方形貼片5可以等效為電容，螺旋線6可以等效為電感，并且金屬過孔2可以等效為電 感。該結構可以有效拓展帶寬。圖1(a)中所示斜紋部分為方形貼片的中心挖空部分，由圖 中可知，螺旋線設置在中心挖空部分。所述金屬地板與介質基板之間為空氣。
[0031] 如圖2(a) -圖2(b)所示，由圖1(a) -圖1(b)的人工磁導體單元構成的人工磁導 體結構，多個人工磁導體單元周期性分布在介質基板4上，如圖所示，人工磁導體結構的金 屬周期貼片1以周期性規則方式布置。該人工磁導體結構的表面上布置有9行9列的金屬 周期貼片，金屬周期貼片的螺旋線的排布方向可通過仿真結果來得到，為90度旋轉對稱時 交叉極化最小。并且能夠看到，金屬周期貼片1并不一定填滿介質基板4,而是空出介質基 板4的中心。其中的空白部分可以便于由同軸線