[发明专利]一种基于低折射率材料的高增益高功率天线

摘要

一种基于低折射率材料的高增益高功率天线，该天线的设计方法如下：(1)确定天线的工作频率f；(2)根据工作频率选择相应的波导、波导-同轴转换器、转换器接头以及阻抗调配器，以实现电磁波模式转换和阻抗的匹配；(3)根据天线的几何尺寸限制以及方向性系数D的要求选择合适的口径A；(4)确定亚波长低折射率人工结构材料的几何参数，该种材料采用双层金属铜网结构，两层铜网中间不加任何电介质，该结构的几何参数主要有铜网的周期a、空腔边长b，铜网厚度t以及两层铜网间距Dis_layer；(5)通过仿真选择合适的材料与接地金属板的间距distance，通过实验调整阻抗调配器，获得最高的方向性系数和最小的驻波比。本发明在保证天线高增益的同时提高了天线的功率，减小了天线的驻波比。

主权项

1.一种基于低折射率材料的高增益高功率天线，其特征在于所述天线的制作步骤如下：(1)确定天线的工作频率f，根据工作频率f选择相应的波导、波导-同轴转换器及阻抗调配器，以实现电磁波模式转换和阻抗的匹配；(2)根据天线的方向性系数D和天线口径效率的要求，选择天线口径A，其中D为天线的方向性系数，ε_ap为口径效率；(3)根据天线的工作频率f确定亚波长低折射率人工结构材料的几何结构参数，包括铜网的周期a、空腔边长b，铜网厚度t及两层铜网间距Dis_layer。所述亚波长低折射率人工结构材料采用双层金属铜网结构，所述双层金属铜网结构材料的等效折射率为：n(ω)=1-ωp2ω2]]>其中：ωp2=2πc02a2ln(a/(a-b)tπ)]]>ω_p为结构的谐振频率，c₀为自由空间的光速。根据谐振频率ω_p的取值得到金属铜网结构的初始几何结构参数，再利用有限元软件对初始的几何结构参数a、b、t和Dis_layer进行优化，使得所述亚波长低折射率人工结构材料的等效折射率尽可能的接近于零；(4)通过有限元软件对亚波长低折射率人工结构材料与接地金属板的距离distance进行优化，得到一个最优解使得天线的方向性系数最大；(5)在微波暗室中测量天线的驻波比，在测量过程中调整天线的阻抗变换器，使得天线的驻波比最小。