基于超材料的低剖面宽带双极化天线设计

2018-09-19刘松涛秦顺友韩国栋

计算机测量与控制 2018年9期

刘松涛，秦顺友，韩国栋

(中国电子科技集团公司第五十四研究所，石家庄 050081)

0 引言

随着电子器件和电路系统向着小型化、集成化、多功能的方向发展，留给天线的空间越来越小，这就要求在设计天线时要尽可能降低天线的剖面高度与尺寸，在保证优良性能的前提下尽可能的减小天线尺寸是目前研究的重点。超材料作为一种新型的电磁材料，通过设计材料的关键物理结构，可以使该材料呈现出与自然界普通材料不一样的奇异特性，为实现天线的小型化、宽频带、低剖面、高增益提供了新思路［1-2］。

电磁带隙结构 (EBG)具有同相反射性，以EBG结构作为天线反射板，是常见的降低天线剖面的方法［3-5］，但EBG结构具有窄带特性，用此种方法很难实现宽带天线。文献［6］使用蘑菇型CRLH结构实现低剖面，但该天线尺寸过大，为1．1λ(1．1λ(λ为真空中该天线中心频点对应波长)，且波束宽度较窄，不利于组阵应用，此外，蘑菇型结构存在过孔，加工较为复杂。文献［7］中的天线无过孔结构，但天线尺寸过大，不能组阵，并且该天线为单线极化，不能满足移动通信的需求。

本文通过推导单负型CRLH结构谐振频率的公式，得出影响其谐振频率的参数，通过合理选择CRLH单元尺寸、单元间隙、介电常数等参数，降低其谐振频率，实现低剖面与小型化兼顾。并在此基础上设计了两种低剖面双极化天线，都具有良好的带宽与驻波特性，并且易于组阵，可应用于移动通信中。