CN104638378A

CN104638378A - 天线反射板和低剖面天线

Info

Publication number: CN104638378A
Application number: CN201310566093.XA
Authority: CN
Inventors: 不公告发明人
Original assignee: Kuang Chi Innovative Technology Ltd
Current assignee: Kuang Chi Innovative Technology Ltd
Priority date: 2013-11-13
Filing date: 2013-11-13
Publication date: 2015-05-20

Abstract

一种天线反射板，包括至少一个超材料片层，每一超材料片层包括基板和阵列排布在所述基板上的多个导电几何结构，所述基板具有所述导电几何结构的那一面为所述天线反射板的反射面，所述导电几何结构包括横纵交叉布置的两个工字形结构，所述两个工字形结构的中间梁相互垂直，所述导电几何结构经配置使得在所述天线反射板与天线本体的间距小于天线电磁波四分之一波长的情况下，经过所述天线反射板反射后的电磁波与天线本体直接向空间辐射的电磁波叠加的场强最强。一种低剖面天线，包括天线本体以及所述天线反射板，所述天线反射板与天线本体平行设置并间隔一定距离。采用该天线反射板的天线可以降低剖面，并提高增益。

Description

天线反射板和低剖面天线

技术领域

本发明涉及天线技术，特别是涉及一种天线反射板和低剖面天线。

背景技术

现有天线的天线本体向反射板辐射的电磁波经过反射板反射后，会与向空间辐射的电磁波进行叠加，当天线本体与反射板间距四分之一波长时，两电磁波相位相同，垂直出射方向的电磁波场强最强，为此，天线本体相对反射板高度局限于固定波长，导致天线的剖面较高。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术天线剖面较高的问题，提供一种天线反射板和具有该反射板的低剖面天线。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种天线反射板，包括至少一个超材料片层，每一超材料片层包括基板和阵列排布在所述基板上的多个导电几何结构，所述基板具有所述导电几何结构的那一面为所述天线反射板的反射面，所述导电几何结构包括横纵交叉布置的两个工字形结构，所述两个工字形结构的中间梁相互垂直，所述导电几何结构经配置使得所述天线反射板与天线本体的间距小于天线电磁波四分之一波长的情况下，经过所述天线反射板反射后的电磁波与天线本体直接向空间辐射的电磁波叠加的场强最强。

进一步地，所述基板划分为多个超材料单元，其中每一超材料单元上排布有一个所述导电几何结构。

进一步地，所述导电几何结构中一个工字形结构的顶边和底边与另一工字形结构的顶边和底边互不连接，形成在四个角具有缺口的方形非封闭结构。

进一步地，所述两个工字形结构的顶边、底边以及中间梁的长度为0～100mm。

进一步地，所述导电几何结构为铜、铝、铁、金、银、ITO、石墨或者碳纳米管材质。

进一步地，所述导电几何结构的线宽为0.01mm～10mm。

进一步地，每一超材料单元的长度和宽度为1mm～150mm。

进一步地，所述基板为F4B、FR4、陶瓷、聚四氟乙烯、铁电、铁氧或者铁磁材料板。

一种天线，包括天线本体以及前述任一种天线反射板，所述天线反射板与天线本体平行设置并间隔一定距离。

进一步地，所述天线为半波偶极子天线。

进一步地，所述天线本体的长度为50mm～500mm，所述天线反射板的面积为50mm*50mm～500mm*500mm，所述天线本体与所述天线反射板的间距为2.5mm～25mm。

本发明采用超材料片层作为天线反射板，超材料片层具有独特的导电几何结构，通过在天线反射板设置横纵交叉布置的两个工字形导电几何结构的阵列，所形成的超材料反射板具有高阻表面特性，能大幅增强对入射电磁波的反射调相能力，控制反射板的反射波与入射波的相位差，通过导电几何结构，将天线反射板设置成在天线反射板与天线本体的间距小于四分之一波长的情况下，经过天线反射板反射后的电磁波与天线本体直接向空间辐射的电磁波叠加的场强最强，从而使天线本体相对于反射板的高度小于四分之一波长时最佳，由此可以降低天线的剖面。同时，该天线反射板还可提高电磁波辐射的方向性，并显著提高天线的增益。

附图说明

图1为本发明实施例中的单层超材料片层结构示意图；

图2为本发明实施例中的多层超材料片层结构示意图；

图3为本发明实施例中的导电几何结构排布示意图；

图4和图5为本发明实施例中的导电几何结构示意图；

图6为本发明实施例的半波偶极子天线结构示意图

图7为使用本发明实施例的反射板和使用传统反射板的天线在各方向的增益对比图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例作详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。

超材料是一种具有天然材料所不具备的超常物理性质的人工复合结构材料，通过对导电几何结构的有序排列，可以改变空间中每点的相对介电常数和磁导率。超材料可以在一定范围内实现普通材料无法具备的折射率、阻抗以及透波性能，从而可以有效控制电磁波的传播特性。本发明基于导电几何结构的超材料天线反射板，利用导电几何结构带来的高阻表面特性增强对入射电磁波的反射调相能力，控制反射波与入射波的相位差，抵消不同剖面天线的空间相位差，使得在天线反射板与天线本体的间距小于四分之一波长的情况下，经过天线反射板反射后的电磁波与天线本体直接向空间辐射的电磁波叠加的场强最强；同时，还能提高电磁波辐射的方向性，提高天线的增益。

如图1和图2所示，本发明的实施例提供一种天线反射板，其包括至少一个超材料片层1，每个超材料片层1包括基板10和阵列排布在基板10上的导电几何结构20。

图1是以反射板有一个超材料片层1为例进行说明。图2所示的反射板有多个超材料片层1，各个超材料片层1沿垂直于片层的方向叠加，并可通过机械连接、焊接或粘合等方式组装成一体。在实际设计时，可以采用两个基板，而导电几何结构阵列排布在其中一个基板上，另一基板覆盖导电几何结构，将导电几何结构夹设在两个基板之间，同样能够达到本发明的目的。例如采用3层基板，两层导电几何结构间隔排布在3层基板之间。同理，采用5层基板，3层导电几何结构间隔排布在5层基板之间。本发明对超材料片层的具体数量不做限制。通常，在能够满足性能的情况下，一个超材料片层就可以作为超材料反射板来使用。阵列排布的导电几何结构所在平面与电磁波的电场和磁场方向平行，与入射电磁波传播方向垂直。

如图3所示，超材料片层1中的基板10可划分为多个超材料单元，每一超材料单元上排布有一个导电几何结构20。图中所示的超材料单元的划分个数仅为示意，并不作为对本发明的限制。

如图3、图4和图5所示，在本发明的一个实施例中，每个导电几何结构包括横纵交叉布置的两个工字形结构，所述两个工字形结构的中间梁c、d相互垂直。优选地，所述导电几何结构中一个工字形结构的顶边和底边e、f与另一工字形结构的顶边和底边e、f互不连接，形成整体上呈方形但在四个角具有缺口的非封闭结构。优选地，所述两个工字形结构的顶边、底边e、f以及中间梁c、d的长度可以为0～100mm，但小于超材料单元的长度/宽度a、b。工字形结构由具有预设线宽的金属丝构成。所述金属丝优选为铜丝。金属丝的线宽可以为0.01mm～10mm。每一超材料单元的长度a和宽度b可以为1mm～150mm。

导电几何结构的上述形状及线宽使反射板实现高阻表面的特性，其对电磁波的反射调相能力在0～pi之间，从而可利用这种调相能力降低天线的剖面。

以上实施例中的数值仅为示例，在实际应用中，可以依据实际需求进行调整，本发明对此不作限制。

超材料片层可以由双面覆铜介质板加工而成。在本发明的一个实施例中，基板10由F4B或FR4复合材料制得。导电几何结构20在基板朝向天线本体的一侧通过蚀刻的方式附着在基板10上，当然导电几何结构20也可以采用电镀、钻刻、光刻、电子刻或者离子刻等方式附着在基板10上。基板10也可以采用其他材料制成，比如陶瓷、聚四氟乙烯、铁电材料、铁氧材料或者铁磁材料制成。导电几何结构20采用铜线制成，当然也可以采用银线、ITO、石墨或者碳纳米管等导电材料制成。

本发明还提供一种天线，包括天线本体以及如上文所述的天线反射板，天线反射板与天线本体平行设置并间隔一定距离。天线可以是但不限于半波偶极子天线。天线本体可以是例如但不限于平板型的。天线本体的长度为50mm～500mm，天线反射板的面积为50mm*50mm～500mm*500mm，天线本体与所述天线反射板的间距为2.5mm～25mm。如图6所示，在一个具体实施例中，偶极子天线本体的长度I为50mm，反射板的面积为50mm*50mm，天线本体与反射板的间距h为12.5mm，天线的电磁波辐射方向如图中箭头A所示。天线本体与反射板的间隔距离可以很小，因此大大降低了了天线的剖面。如本领域技术人员能够理解，天线通常还可包括辐射源、馈电单元等，本发明对此不作限制。天线按用途来说可以是但不限于WLAN天线。

图7示出了使用本发明实施例的超材料反射板和使用传统反射板的天线在各方向的天线方向增益对比图，虚线1表示使用传统金属反射板时的增益，实线2表示使用本发明超材料反射板时的增益。从对比结果可以看出，采用本发明实施例的超材料反射板，天线的增益也得到了明显提升。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种天线反射板，其特征在于，包括至少一个超材料片层，每一超材料片层包括基板和阵列排布在所述基板上的多个导电几何结构，所述基板具有所述导电几何结构的那一面为所述天线反射板的反射面，所述导电几何结构包括横纵交叉布置的两个工字形结构，所述两个工字形结构的中间梁相互垂直，所述导电几何结构经配置使得在所述天线反射板与天线本体的间距小于天线电磁波四分之一波长的情况下，经过所述天线反射板反射后的电磁波与天线本体直接向空间辐射的电磁波叠加的场强最强。

2.根据权利要求1所述的天线反射板，其特征在于，所述基板划分为多个超材料单元，其中每一超材料单元上排布有一个所述导电几何结构。

3.根据权利要求1所述的天线反射板，其特征在于，所述导电几何结构中一个工字形结构的顶边和底边与另一工字形结构的顶边和底边互不连接，形成在四个角具有缺口的方形非封闭结构。

4.根据权利要求3所述的天线反射板，其特征在于，所述两个工字形结构的顶边、底边以及中间梁的长度为0～100mm。

5.根据权利要求1所述的天线反射板，其特征在于，所述导电几何结构为铜、铝、铁、金、银、ITO、石墨或者碳纳米管材质。

6.根据权利要求5所述的天线反射板，其特征在于，所述导电几何结构的线宽为0.01mm～10mm。

7.根据权利要求1至6任一项所述的天线反射板，其特征在于，每一超材料单元的长度和宽度为1mm～150mm。

8.根据权利要求1至6任一项所述的天线反射板，其特征在于，所述基板为F4B、FR4、陶瓷、聚四氟乙烯、铁电、铁氧或者铁磁材料板。

9.一种低剖面天线，其特征在于，包括天线本体以及如权利要求1～8任一项所述的天线反射板，所述天线反射板与天线本体平行设置并间隔一定距离。

10.根据权利要求9所述的低剖面天线，其特征在于，所述天线为半波偶极子天线。

11.根据权利要求10所述的低剖面天线，其特征在于，所述天线本体的长度为50mm～500mm，所述天线反射板的面积为50mm*50mm～500mm*500mm，所述天线本体与所述天线反射板的间距为2.5mm～25mm。