[发明专利]一种超材料宽带宽角扫描阻抗匹配层

说明书

本发明公开了一种超材料宽带宽角扫描介质匹配层，该匹配层包括上层介质基片、半固化片、印制图形和下层介质基片，其中印制图形通过PCB工艺刻蚀于上层介质基片，上层介质基片和下层介质基片通过半固化片进行粘接，通过调节印制图形外围轮廓的长度、宽度及间隙，得到不同的工作带宽和扫描角度。本发明具有超宽带、超宽角、超材料匹配层可根据工作频段和扫描角度灵活设计、结构紧凑、体积小、重量轻，易于加工实现的优点。

技术领域

本发明属于天线技术领域，特别是一种超材料宽带宽角扫描阻抗匹配层。

背景技术

近年来天线领域研究出一种利用天线阵元之间的强互耦作用设计宽带或超宽带特性的阵列天线，即紧耦合阵列天线，这种天线需要通过紧密排列天线单元加强单元间的耦合，并利用阵元间的耦合来实现超宽带与小型化，这类新型阵列天线的带宽不受限于阵元独立工作时的带宽，在很宽的扫描角范围无栅瓣出现，具有很好的超宽带与宽角扫描性能。

天线的阻抗会随着扫描角度的改变而不同，导致大角度扫描失配。通过加载介质层能改善紧耦合阵列的扫描角特性，但采用介质匹配层有一定的限制，一是介质板的介电常数必须根据已有材料进行选择；二是介质板厚度较大，较为笨重；三是由于介质板参数的均匀性，很难实现在阵列各个方向扫描特性的改善。传统介质匹配层存在成本高、体积大、介电常数固定、不易于天线共形设计、装配难度大的缺点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种超宽带、超宽角、超材料匹配层可根据工作频段和扫描角度灵活设计、结构紧凑、体积小、重量轻，易于加工实现的阻抗匹配层，即超材料匹配层。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种超材料宽带宽角扫描阻抗匹配层，包括上层介质基片、印制图形、半固化片、和下层介质基片，其中上层介质基片采用亚波长印刷周期超材料结构；所述印制图形通过PCB工艺刻蚀于上层介质基片底部，所述上层介质基片和下层介质基片通过半固化片进行粘接。

进一步地，采用基于Kramers-Kronig关系的反演算法，提取超材料的等效本构参数，包括介电常数、磁导率和折射率，根据所提取的参数构建超材料宽带宽角扫描阻抗匹配层。

进一步地，该超材料宽带宽角扫描阻抗匹配层与紧耦合天线共面设计。

进一步地，通过调节印制图形(2)外围轮廓的长度、宽度及间隙，得到不同的工作带宽和扫描角度。

进一步地，所述基于Kramers-Kronig关系的反演算法，具体如下：

根据反射系数S11，透射系数S21唯一确定特征阻抗z，由于复折射率多值性只针对折射率n的实部，所以根据K-K关系由n的虚部来确定实部，n的实部的取值为最接近由K-K关系所确定的实部对应的分支。

本发明与现有技术相比，其显著优点为：(1)超宽带，能在2-18GHz频带内工作；(2)超宽角，能在全频带内实现±60度扫描；(3)超材料匹配层可根据工作频段和扫描角度灵活设计；(4)超材料匹配层可与天线阵列采用印制电路工艺一体设计，结构紧凑，体积小，重量轻，易于加工实现。

附图说明

图1是本发明一种超材料宽带宽角扫描阻抗匹配层的示意图。

图2是普通介质匹配层结构示意图。

图3是本发明实施例中超材料匹配层单元传输系数幅值及相位曲线图，其中(a)为单元传输系数幅值图，(b)为单元相位曲线图。

图4是本发明实施例中超材料匹配层等效介电常数和磁导率曲线图。

图5是本发明实施例中超材料匹配层等效折射率曲线图。

图6是本发明实施例中超材料匹配层与等效介质匹配层扫描S参数对比曲线图，其中(a)为采用超材料匹配层加载后天线S11曲线图，(b)为采用介质匹配层加载后天线S11曲线图。