一种人工磁导体单元、人工磁导体结构及平面天线的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及电磁场的超材料领域，特别涉及一种人工磁导体单元、人工磁导体结 构及平面天线。
【背景技术】
[0002] 近几年，软硬表面、电磁带隙结构、左手材料以及人工磁导体（Artificial Magnetic Conductor，AMC)等名词越来越多的出现在电磁场技术领域中，这些结构或者材 料均具有在自然界中并不存在的但极具价值的电磁特性，因此这些结构或材料也被学界 称为超材料，而它们所具有的奇特的电磁特性已经在实现新型高性能天线与微波器件领域 显示出强大的优势。
[0003] 由于理想电导体（Perfect Electronic Conductor，PEC)表面需满足边界条件：切 向电场为零，可知当平面波入射到其表面时，反射波的电场与入射波之间有180度的相位 差。这使得当金属作为天线的反射面用以增强半空间辐射时，天线与反射面之间的距离需 为四分之一波长左右。否则，由于反射波的电场反相，会大大削弱天线的辐射性能，这样就 增大了天线的尺寸，在实际应用中造成不便。由电磁场理论中的对偶性原理，平面波入射到 理想磁导体表面时，入射波与反射波的电场是同相的，如果用理想磁导体做天线的反射面， 就可以实现新型的低剖面天线，而理想磁导体在自然界中不存在。
[0004] 为了实现理想磁导体的电磁特性，人工磁导体被提出，这种结构同样具有理想磁 导体对平面波的同相位反射特性，同时具有低剖面，重量轻的特点。目前，关于人工磁导体 的研宄很多，但其窄带特性一直是研宄人工磁导体的瓶颈。
【发明内容】
[0005] 为了克服现有技术存在的缺点与不足，本发明提供一种人工磁导体单元、人工磁 导体结构及平面天线。
[0006] 本发明可提供相对带宽为50%的宽频段覆盖，使用该结构作为平面基站天线反射 板可将天线高度降低到原来的1/3,该结构对多种极化的天线同时适应，应用范围很广。
[0007] 本发明采用的技术方案：
[0008] -种人工磁导体单元，包括金属周期贴片、金属过孔、金属接地板及介质基板，所 述金属周期贴片由中心挖空的方形贴片及螺旋线构成，所述螺旋线设置在方形贴片的中心 挖空部分，并与方形贴片连接，所述螺旋线通过金属过孔与金属接地板连接，所述金属周期 贴片刻蚀在介质基板上。
[0009] 所述金属接地板与介质基板之间为空气。
[0010] 所述金属过孔的长度21mm，直径为I. 5mm。
[0011] 所述方形贴片的中心挖空部分为圆形，其中圆形半径为9mm。
[0012] 一种人工磁导体结构，包括多个如权利要求1所述的人工磁导体单元，所述多个 人工磁导体单元周期性分布在介质基板上。
[0013] 所述多个人工磁导体单元周期性分布具体为9X9周期性分布，其中螺旋线为90 度旋转对称。
[0014] 一种由人工磁导体结构构成的平面天线，包括天线振子以及位于天线振子下方的 人工磁导体结构，所述天线振子包括天线介质基板、下表面金属贴片和上表面金属贴片。
[0015] 所述天线振子与人工磁导体结构的距离为9mm。
[0016] 所述平面天线为双极化平面天线、线极化平面天线或双极化平面天线中的一种。
[0017] 本发明的有益效果：
[0018] (1)金属过孔连接周期贴片与金属地板是实现宽带特性的关键，增加金属过孔的 长度可以增加等效电感从而起到拓展带宽的作用，但同时也增加了人工磁导体结构的剖面 高度。该结构通过设计合适的过孔长度，既达到了需要的带宽，又保证了低剖面特性；
[0019] (2)周期贴片包括中心挖空的方形贴片和螺旋线两部分，方形贴片可等效为电容， 螺旋线可等效为电感，起到拓展带宽的作用，调节螺旋线的长度和宽度可调节人工磁导体 的反射相位带隙；
[0020] (3)该结构采用厚度为0. 76mm，相对介电常数为3. 48的介质，介质层与金属地板 之间为空气层，由于其等效介电常数较小，等效电容也较小，使用这种结构既有利于拓展带 宽，又具有低损耗、质量轻的优点。
【附图说明】
[0021] 图I(a)是本发明人工磁导体单元的结构示意图，图I (b)是该人工磁导体单元结 构剖面示意图；
[0022] 图2(a)是本发明人工磁导体结构的结构示意图，图2 (b)是该人工磁导体结构剖 面示意图；
[0023] 图3是本发明人工磁导体结构加载在平面天线的结构示意图；
[0024] 图4(a)是现有技术下加载金属反射板的天线结构剖面示意图，图4(b)是加载人 工磁导体结构天线剖面示意图；
[0025] 图5是加载人工磁导体结构天线S参数曲线图。
[0026] 图中示出：
[0027] 1-金属周期贴片，2_金属过孔，3_金属接地板，4_介质基板，5_方形贴片，6_螺旋 线，7-天线介质基板，8-下表面金属贴片，9-上表面金属贴片，10-立柱。
【具体实施方式】
[0028] 下面结合实施例及附图，对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不 限于此。
[0029] 实施例
[0030] 如图1(a)-图1(b)所示，一种人工磁导体单元，包括金属周期贴片1、金属过孔2、 金属接地板3及介质基板4,所述金属周期贴片1由中心挖空的方形贴片5及螺旋线6构 成，所述螺旋线6设置在方形贴片5的中心挖空部分，并与方形贴片5连接，所述螺旋线6 通过金属过孔2与金属接地板3电连接，所述金属周期贴片1刻蚀在介质基板上。金属过 孔2使得金属周期贴片1与金属接地板3之间形成LC并联等效电路，其中，金属周期贴片 1的方形贴片5可以等效为电容，螺旋线6可以等效为电感，并且金属过孔2可以等效为电 感。该结构可以有效拓展带宽。图1(a)中所示斜纹部分为方形贴片的中心挖空部分，由图 中可知，螺旋线设置在中心挖空部分。所述金属地板与介质基板之间为空气。
[0031] 如图2(a) -图2(b)所示，由图1(a) -图1(b)的人工磁导体单元构成的人工磁导 体结构，多个人工磁导体单元周期性分布在介质基板4上，如图所示，人工磁导体结构的金 属周期贴片1以周期性规则方式布置。该人工磁导体结构的表面上布置有9行9列的金属 周期贴片，金属周期贴片的螺旋线的排布方向可通过仿真结果来得到，为90度旋转对称时 交叉极化最小。并且能够看到，金属周期贴片1并不一定填满介质基板4,而是空出介质基 板4的中心。其中的空白部分可以便于由同轴线