0032] 如圖3所示，使用本實用新型的人工磁導體結構構成雙極化平面天線。所述雙極 化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。天線振子包括天線介 質基板7、下表面金屬貼片8和上表面金屬貼片9。其中，雙極化平面天線還可以換成圓極 化或線極化平面天線等。位于天線振子下方的人工磁導體結構被用作反射板。
[0033] 金屬接地板3與介質基板4之間為空氣層，可以采用介電常數更大的介質層，但是 由于空氣層等效介電常數較小，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。
[0034] 金屬過孔的長度越長，直徑越小，等效電感越大，帶寬越寬。但是考慮到增加長度 會增加天線整體高度，減小直徑會加大制作難度，同時增加天線交叉極化，因而本實施例選 擇的金屬國控的長度21mm，直徑為1. 5mm〇
[0035] 圖4(a)和圖4(b)分別為現有技術中的雙極化平面天線以及使用根據本實用新型 的人工磁導體結構的雙極化平面天線。通過圖4(a)和圖4(b)的對比可以看到，使用本實 用新型的人工磁導體結構的雙極化平面天線與現有技術中使用金屬反射板的雙極化平面 天線相比，天線高度大幅減小。天線振子與人工磁導體結構之間是空氣。天線振子可以由 位于天線振子的四個角位置的立柱10支撐。
[0036] 通過仿真可以得到，在本實用新型的一個優選實施例中，金屬過孔2的長 度為21mm，直徑為1.5mm。進一步地，介質基板4為RogersR04003基板，其尺寸為 360mmX360mmX0. 76mm，并且相對介電常數為3. 48,介質損耗正切值為0. 0027。進一步地， 金屬周期貼片1的尺寸為38mmX38mm，周期長度（即同一行或同一列中相鄰的兩個金屬周 期貼片1的中心之間的距離）為40mm。進一步地，方形貼片5的中間挖空部分為圓形，其中 \x-ra^t^cos{t) 圓形半徑為9mm，螺旋線6由公式jmfhip給出，其中，t的取值范圍是1彡t彡10，ra取值為1. 1mm，螺旋線線寬為2. 4mm。
[0037] 從圖5中可以看出，將通過仿真得到的使用上述優選實施例中的參數的人工磁導 體結構的雙極化平面天線的S參數與使用理想磁導體的雙極化平面天線的S參數進行對 比。一般情況下，可以將金屬平面看作理想電導體。圖5中，|S11 |的曲線是否在-15dB 的直線下方是移動通信基站天線的性能指標之一。
[0038] 從圖5中可以看到，|S11 |曲線與-15dB直線的交匯點分別在頻率為0.69GHz 和0. 96GHz處，并且在0. 69GHz和0. 96GHz之間位于-15dB直線的下方。從而可以得知，使 用本實用新型的人工磁導體結構的雙極化平面天線的-15dB帶寬為690MHz-960MHz。從而 可以得到，以上雙極化平面天線的_15dB相對帶寬大約為33%。在現有技術中，使用金屬作 為反射板的平面天線的-15dB相對帶寬很難超過30%。
[0039] 經過仿真可知，天線振子與人工磁導體結構的上表面之間的距離的理論值為零。 但是當兩者之間的距離過于小時，兩者之間的互耦現象非常嚴重。所以經過優化后，可以知 道，兩者之間的距離較優地為9_，人工磁導體結構的高度較優地為21_，因此平面天線的 高度為大約30mm。
[0040] 而對于現有技術中使用金屬反射板的平面天線，由于天線振子與反射板之間的距 離應當為中心頻率對應波長的四分之一，所以對于820MHz的中心頻率來說，天線振子與反 射板之間的距離應當為大約95mm。
[0041 ] 能夠看出，在使用相同的中心頻率時，使用本實用新型的人工磁導體結構的雙極 化平面天線的整體高度遠遠小于現有技術中使用金屬反射板的雙極化平面天線的高度。
[0042] 將該人工磁導體結構應用于線極化和圓極化平面天線中，可獲得相同的天線性 能。
[0043] 上述實施例為本實用新型較佳的實施方式，但本實用新型的實施方式并不受所述 實施例的限制，其他的任何未背離本實用新型的精神實質與原理下所作的改變、修飾、替 代、組合、簡化，均應為等效的置換方式，都包含在本實用新型的保護范圍之內。
【主權項】
1. 一種人工磁導體單元，其特征在于，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。2. 根據權利要求1所述的一種人工磁導體單元，其特征在于，所述金屬接地板與介質 基板之間為空氣。3. 根據權利要求1所述的一種人工磁導體單元，其特征在于，所述金屬過孔的長度 21mm，直徑為 I. 5mm〇4. 根據權利要求1所述的一種人工磁導體單元，其特征在于，所述方形貼片的中心挖 空部分為圓形，其中圓形半徑為9mm。5. -種人工磁導體結構，其特征在于，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。6. 根據權利要求5所述的人工磁導體結構，其特征在于，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。7. -種由權利要求5-6任一項所述的人工磁導體結構構成的平面天線，其特征在于， 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。8. 根據權利要求7所述的平面天線，其特征在于，所述天線振子與人工磁導體結構的 距離為9mm〇9. 根據權利要求7所述的平面天線，其特征在于，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。
【專利摘要】本實用新型公開了一種人工磁導體單元、人工磁導體結構及平面天線，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間挖空部分，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，人工磁導體結構包括多個周期性分布的多個人工磁導體單元，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，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。
【IPC分類】H01Q15/24, H01Q1/38, H01Q1/50
【公開號】CN204732528
【申請號】CN201520444897
【發明人】李融林, 李伏云, 崔悅慧
【申請人】華南理工大學
【公開日】2015年10月28日
【申請日】2015年6月24日