本發(fā)明涉及天線技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種低比吸收率的圓極化可共形天線即制作方法。

背景技術(shù)：

天線是無(wú)線通信設(shè)備中發(fā)出和接收無(wú)線信號(hào)的重要器件。隨著移動(dòng)通信的飛速發(fā)展，以及可共形設(shè)備越來(lái)越多的應(yīng)用在日常生活和軍事中，對(duì)天線的設(shè)計(jì)要求也在不斷提高。對(duì)于可共形設(shè)備中的天線，要求其具有較小的尺寸，與人體表面共形時(shí)保證一定的工作性能，并且盡量降低對(duì)人體的電磁輻射，減小天線的比吸收率。天線的極化一般包括線極化和圓極化，考慮到天線隨人體在空間中位置變換不定，采用圓極化天線能夠在一定程度上保持設(shè)備信號(hào)的穩(wěn)定性。一般通過(guò)對(duì)饋電端口或是天線結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)來(lái)使得天線上的電流在正交方向上滿足一定的相位關(guān)系，從而實(shí)現(xiàn)圓極化輻射。超表面或頻率選擇表面由于具有不同于一般媒質(zhì)的特殊的電磁特性，常加入到天線的設(shè)計(jì)中，用以改善天線的某些工作特性。高阻抗表面是其中一種，通常由統(tǒng)一尺寸的單元表面結(jié)構(gòu)組陣構(gòu)成。通過(guò)調(diào)節(jié)單元結(jié)構(gòu)的尺寸及單元間距可以控制正入射的電磁波的反射相位，從而與全向天線組合可以實(shí)現(xiàn)具有低剖面的定向天線。天線設(shè)計(jì)中加入有特殊電磁特性的復(fù)合材料，可以用于減小天線尺寸或增加工作帶寬等。將具有較高的介電常數(shù)和大于1的磁導(dǎo)率的復(fù)合材料用作天線的基板時(shí)，根據(jù)慢波原理，可以減小天線的尺寸。本發(fā)明采用的復(fù)合材料在工作頻帶內(nèi)相對(duì)介電常數(shù)為12，相對(duì)磁導(dǎo)率為2.7。由于材料具有一定損耗，故放置在天線和人體之間，雖然會(huì)降低天線的增益，但是可以在減小整個(gè)天線的尺寸的同時(shí)，吸收天線輻射向人體的電磁波。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種克服上述問(wèn)題或者至少部分地解決上述問(wèn)題的低比吸收率的圓極化可共形天線及制作方法，通過(guò)雙正交偶極子實(shí)現(xiàn)圓極化，同時(shí)加入復(fù)合材料和高阻抗表面對(duì)天線的輻射特性進(jìn)行控制，利用復(fù)合材料較高的電磁參數(shù)來(lái)減小天線整體的尺寸，并配合高阻抗表面降低天線的背向輻射，降低比吸收率，同時(shí)增加天線的定向輻射。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種低比吸收率的圓極化可共形天線，包括用于激勵(lì)電磁波的天線振子以及與天線振子相貼合的用于反射電磁波的阻抗結(jié)構(gòu)。

作為優(yōu)選的，所述天線振子為圓極化天線振子，包括兩個(gè)正交連接的偶極子。

作為優(yōu)選的，所述每個(gè)偶極子包括兩個(gè)諧振臂，所述諧振臂一側(cè)設(shè)有終端加載部，所述每個(gè)諧振臂都為彎折結(jié)構(gòu)，所述終端加載部為弧形結(jié)構(gòu)。

作為優(yōu)選的，所述兩個(gè)偶極子的連接點(diǎn)處設(shè)有饋電點(diǎn)，所述每個(gè)偶極子的兩個(gè)諧振臂連接所述饋電點(diǎn)且在饋電點(diǎn)處呈中心對(duì)稱(chēng)。

作為優(yōu)選的，還包括第一柔性材料層，所述天線振子設(shè)于第一柔性材料層一側(cè)表面，所述第一柔性材料層的另一側(cè)接觸高阻抗表面的金屬單元結(jié)構(gòu)。

作為優(yōu)選的，所述阻抗結(jié)構(gòu)包括依次層疊的金屬單元層、第二柔性材料層、柔性復(fù)合材料層和金屬底板層，所述金屬單元層另一側(cè)層疊第一柔性材料層。

作為優(yōu)選的，所述第一柔性材料層和第二柔性材料層為柔性PE材料；所述第一柔性材料層、第二柔性材料層和柔性復(fù)合材料層厚度均為2mm。

一種低比吸收率的圓極化可共形天線制作方法，包括以下步驟：

S1、制作正交的雙偶極子天線；

S2、制作阻抗結(jié)構(gòu)；

S3、將雙偶極子天線和阻抗結(jié)構(gòu)貼合。

作為優(yōu)選的，其特征在于，所述步驟S1具體包括：將兩個(gè)偶極子正交擺放，調(diào)整尺寸參數(shù)和工作頻段，使兩個(gè)偶極子上的電流分布相差90°相位，將四個(gè)諧振臂連接起來(lái)，并在連接點(diǎn)進(jìn)行饋電。

作為優(yōu)選的，其特征在于，所述步驟S3還包括：對(duì)天線進(jìn)行調(diào)試，微調(diào)偶極子諧振臂的長(zhǎng)度和終端加載部的寬度，對(duì)天線回波損耗和極化特性進(jìn)行調(diào)整。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于：本發(fā)明通過(guò)雙正交偶極子實(shí)現(xiàn)圓極化，同時(shí)加入復(fù)合材料和高阻抗表面對(duì)天線的輻射特性進(jìn)行控制。偶極子易于設(shè)計(jì)和制作加工，并可以通過(guò)對(duì)偶極子諧振臂的合理彎折來(lái)減小天線尺寸。利用結(jié)合復(fù)合材料較高的電磁參數(shù)來(lái)減小天線整體的尺寸，并配合高阻抗表面降低天線的背向輻射，降低比吸收率，同時(shí)增加天線的定向輻射。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例中圓極化天線結(jié)構(gòu)框圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例中正交雙偶極子天線振子結(jié)構(gòu)框圖；

圖3位本發(fā)明實(shí)施例中制作方法流程圖；

圖4為本發(fā)明實(shí)施例中阻抗結(jié)構(gòu)的金屬單元對(duì)正入射波的反射相位和工作頻率變化示意圖；

圖5位本發(fā)明實(shí)施例中回波損耗和工作頻率變化示意圖；

圖6為本發(fā)明實(shí)施例中軸比和工作頻率變化示意圖；

圖7為本發(fā)明實(shí)施例中天線在三個(gè)相互正交的坐標(biāo)平面上的輻射方向示意圖；

圖8位本發(fā)明實(shí)施例中天線貼附在半徑為40mm的圓柱面上的天線的回波損耗圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步詳細(xì)描述。以下實(shí)施例用于說(shuō)明本發(fā)明，但不用來(lái)限制本發(fā)明的范圍。

圖1示出了一種低比吸收率的圓極化可共形天線，包括用于激勵(lì)電磁波的天線振子1以及與天線振子連接用于反射電磁波的阻抗結(jié)構(gòu)，所述阻抗結(jié)構(gòu)厚度小，可作為表面結(jié)構(gòu)貼合在天線振子上，通過(guò)高阻抗的表面結(jié)構(gòu)，降低天線的背向輻射，降低比吸收率，同時(shí)增加天線的定向輻射。

如圖2所示，所述天線振子為圓極化天線振子，包括兩個(gè)正交連接的偶極子(圖中的11、12),在本實(shí)施例中，該天線的工作頻率為2.45GHz，3dB圓極化帶寬為100MHz。

在本實(shí)施例中，所述每個(gè)偶極子包括兩個(gè)諧振臂和連接諧振臂一側(cè)的終端加載部，通過(guò)終端加載部使兩個(gè)偶極子上的電流分布相差90°相位，形成圓極化輻射特性，所述每個(gè)諧振臂都為彎折結(jié)構(gòu)，所述終端加載部為弧形結(jié)構(gòu)，諧振臂和終端加載部都設(shè)計(jì)為彎折結(jié)構(gòu)，減小了天線的整體尺寸，同時(shí)，可通過(guò)調(diào)整諧振臂的長(zhǎng)度和終端加載部的寬度，進(jìn)而進(jìn)行天線回波損耗，極化特性的調(diào)整。

作為優(yōu)選的，所述兩個(gè)偶極子的連接點(diǎn)處設(shè)有饋電點(diǎn)13，所述每個(gè)偶極子的兩個(gè)諧振臂連接所述饋電點(diǎn)13且在饋電點(diǎn)13處呈中心對(duì)稱(chēng)。

在本實(shí)施例中，還包括第一柔性材料層2，所述天線振子1刻蝕于第一柔性材料層2一側(cè)表面，天線振子1和下方的第一柔性材料層2共同組成激勵(lì)電磁波的部分，所述第一柔性材料層2的另一側(cè)接觸高阻抗表面的金屬單元結(jié)構(gòu)。

在本實(shí)施例中，所述阻抗結(jié)構(gòu)包括依次層疊的金屬單元層3、第二柔性材料層4、柔性復(fù)合材料層5和金屬底板層6，所述金屬單元層3另一側(cè)層疊第一柔性材料層2。第一層是周期排布的平面金屬單元層3結(jié)構(gòu)，第二層是作為緩沖的第二柔性材料層4，避免周期性金屬單元層3直接與有一定損耗的復(fù)合材料5接觸，導(dǎo)致反射電磁波的強(qiáng)度的降低，第三層即為復(fù)合材料層5，通過(guò)其具有的較高電磁參數(shù)來(lái)提高天線周?chē)牡刃щ姶艆?shù)，從而可以在一定程度上減小天線的尺寸，而且還可以利用復(fù)合材料自身的損耗來(lái)吸收天線的后向輻射，第四層為金屬底板層6。這四層組合在一起構(gòu)成阻抗結(jié)構(gòu)，用以產(chǎn)生特定的電磁波反射相位，降低天線的后向輻射。所述第一柔性材料層2和第二柔性材料層4為柔性PE材料；所述第一柔性材料層2、第二柔性材料層4和柔性復(fù)合材料5層厚度均為2mm。

將雙偶極子所在PE層置于阻抗結(jié)構(gòu)的周期金屬單元層3之上，由于反射吸收部分的加入，原來(lái)設(shè)計(jì)好的圓極化天線工作頻率肯定會(huì)有偏移。在考慮兩部分結(jié)合的情況下，通過(guò)對(duì)天線尺寸的微調(diào)來(lái)讓天線整體工作在要求頻段內(nèi)，并滿足一定的輻射性能。通過(guò)考慮與人體共形的情況來(lái)驗(yàn)證天線具有低比吸收率，并且在彎曲的情況下依然能夠滿足一定的性能要求。

在本實(shí)施例中，采用的第一柔性材料層2、第二柔性材料層4和復(fù)合材料的厚度均為2mm。

圖3示出了一種低比吸收率的圓極化可共形天線制作方法，包括以下步驟：

S1、制作正交的雙偶極子天線；

S2、制作阻抗結(jié)構(gòu)；

S3、將雙偶極子天線和阻抗結(jié)構(gòu)貼合。

作為優(yōu)選的，所述步驟S1具體包括：將兩個(gè)偶極子正交擺放，調(diào)整尺寸參數(shù)和工作頻段，通過(guò)終端加載部使兩個(gè)偶極子上的電流分布相差90°相位，形成圓極化輻射特性，將四個(gè)諧振臂連接起來(lái)，并在連接點(diǎn)進(jìn)行饋電。

阻抗結(jié)構(gòu)依次包括表面的金屬單元層、第二柔性材料層、復(fù)合材料層和底面的金屬底板層，對(duì)高阻抗表面結(jié)合復(fù)合材料的單元進(jìn)行仿真，通過(guò)調(diào)整天線的尺寸和間隔得到在工作頻率2.45GHz附近，反射相位在135°到45°連續(xù)變化如圖4所示。

作為優(yōu)選的，所述步驟S3還包括：對(duì)天線進(jìn)行調(diào)試，微調(diào)偶極子諧振臂的長(zhǎng)度和終端加載部的寬度，對(duì)天線回波損耗和極化特性進(jìn)行調(diào)整。通過(guò)微調(diào)諧振臂的長(zhǎng)度，和終端處加載部的寬度，可以得到天線回波損耗，極化特性均滿足工作要求的天線。并且具有一定的增益特性。天線的回波損耗和軸比分別如圖5和圖6，可以看出回波損耗小于-10dB，帶寬(2300MHz～2800MHz)大于300MHz，軸比小于3dB，帶寬(2350MHz～2620MHz)大于100MHz。圖7為天線在xoz、yoz和xoy平面方向圖(天線與xoy平面平行),從輻射方向圖中可以看出天線輻射的能量主要集中在圖中所示的正z方向，即背向人體的方向。天線具有較低的后瓣，從而輻射向人體的電磁波較少。在正z方向天線的增益為0.6dBi。圖8所示為天線貼附在半徑為40mm的圓柱面上的天線的回波損耗圖?？梢钥吹皆诠ぷ黝l帶內(nèi)依然能夠滿足小于-10dB的帶寬要求。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于：本發(fā)明通過(guò)雙正交偶極子實(shí)現(xiàn)圓極化，同時(shí)加入復(fù)合材料和高阻抗表面對(duì)天線的輻射特性進(jìn)行控制。偶極子易于設(shè)計(jì)和制作加工，并可以通過(guò)對(duì)偶極子諧振臂的合理彎折來(lái)減小天線尺寸。利用結(jié)合復(fù)合材料較高的電磁參數(shù)來(lái)減小天線整體的尺寸，并配合高阻抗表面降低天線的背向輻射，降低比吸收率，同時(shí)增加天線的定向輻射。

最后，本申請(qǐng)的方法僅為較佳的實(shí)施方案，并非用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。