一种天线性能改善系统及改善方法

1.本发明涉及一种天线性能改善系统及改善方法，属于电子通信技术领域。


背景技术：

2.农业物联网中的网络层，即通过通信网络进行信息传输，作为纽带连接着感知层和应用层，相当于人的神经中枢系统，负责将感知层获取的信息，安全可靠地传输到应用层，然后根据不同的应用需求进行信息处理。然而中国农业物联网行业的发展受到了诸多限制，农业大数据获取时间跨度长，分布范围广，数量巨大，行业存在农业数据建设滞后、可用性差、数据标准缺失，数据不准确等问题，导致农业大数据在实际应用中存在诸多困难。
3.现有天线信号传输覆盖范围小，天线信号易受电磁干扰，导致系统庞杂，需要大量传感设备满足区域监测全覆盖。为弥补信号不准确的缺陷，需要大量空间滤波设备使信号纯净，一套完备的农业物联网系统需要较高的建设成本。这大大制约了农业物联网的发展。应用于农业物联网信息传输系统中的的现有的天线罩产品功能较少，主要的作用是对天线内部结构的保护。但天线和天线罩同时工作时，天线罩的存在对天线正常工作会产生一定的影响，比如影响天线的信号增益、方向性等，影响了信息传输的准确性。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种天线性能改善系统及改善方法，能够利用二氧化钒的相变特性对不同频段的电磁信号进行透射或吸收，提高天线性能。为达到上述目的，本发明是采用下述技术方案实现的：第一方面，本发明提供了一种天线性能改善装置，包括：上下布置的第一石英介质基板和第二石英介质基板；所述第一石英介质基板和第二石英介质基板之间设有谐振器层，所述谐振器层包括：设于谐振器层中间的花型谐振器和设于花型谐振器左右两侧的工字型谐振器，两种谐振器产生的两种能量状态进行相消干涉实现群速度调控；所述第一石英介质基板上层设有梯形截锥体谐振器，所述梯形截锥体谐振器由多层二氧化钒层和多层石英介质基板层叠连接构成；所述第二石英介质基板下层设有二氧化钒层；利用二氧化钒的相变特性对不同频段的电磁信号进行透射或吸收。
5.结合第一方面，可选的，所述群速度调控使电磁信号的相位发生延迟，产生慢光效应，所述慢光效应产生的电磁信号的频率区间为0.402 thz到1.053 thz，最大群延迟为158 ps。
6.结合第一方面，可选的，所述群速度调控中存在透射窗口，所述透射窗口的频率区间为0.402 thz到1.053 thz，所述透射窗口用于过滤频率区间外的电磁信号。
7.结合第一方面，可选的，所述利用二氧化钒的相变特性对不同频段的电磁信号进行透射或吸收，包括：温度小于68℃时，对0.402 thz到1.053 thz区间内的电磁信号进行透射，
温度大于等于68℃时，对0.346 thz到0.841 thz区间内的电磁信号进行吸收。
8.结合第一方面，可选的，所述谐振器层与第一石英介质基板、第二石英介质基板之间利用um级别的镀膜工艺固接。
9.结合第一方面，可选的，，所述um级别的镀膜工艺为化学反应沉积镀膜法。
10.结合第一方面，可选的，所述第一石英介质基板和第二石英介质基板的相对介电常数设置为3.793，损耗角正切值为0.0008，厚度为1μm。
11.结合第一方面，可选的，所述花型谐振器和工字型谐振器的材料为金，厚度为3μm。
12.第二方面，本发明提供了基于第一方面所述的一种天线性能改善方法，包括：获取天线的工作状态为发送电磁信号或接受电磁信号；根据获取到的工作状态，调节环境温度，利用二氧化钒的相变特性对不同频段的电磁信号进行透射或吸收。
13.结合第二方面，可选的，在天线工作状态为接受电磁信号时，入射电磁信号的电场分量激发谐振器层的花型谐振器和工字型谐振器，通过两种谐振器产生的两种能量状态进行相消干涉实现群速度调控，对电磁信号的相位进行调控，并产生慢光效应。
14.与现有技术相比，本发明实施例所提供的一种天线性能改善系统及改善方法所达到的有益效果包括：本发明上下布置的第一石英介质基板和第二石英介质基板；所述第一石英介质基板和第二石英介质基板之间设有谐振器层，所述谐振器层包括：设于谐振器层中间的花型谐振器和设于花型谐振器左右两侧的工字型谐振器，两种谐振器产生的两种能量状态进行相消干涉实现群速度调控；本发明应用群速度调控产生一段透射窗口，区间为0.402thz到1.053thz，能够滤掉非此频段的传输信号，具有很好的抗干扰性能，起到信号滤波器的作用；本发明通过谐振器层特殊拓扑结构设计，通过两种能量状态的破坏性干扰实现群速度调控技术，从而使信号产生慢光效应，能够应用于光通信和全光网络；本发明所述第一石英介质基板上层设有梯形截锥体谐振器，所述梯形截锥体谐振器由多层二氧化钒层和多层石英介质基板层叠连接构成；所述第二石英介质基板下层设有二氧化钒层；利用二氧化钒的相变特性对不同频段的电磁信号进行透射或吸收；本发明突破了传统天线性能改善系统的设计思路，引入相变温控材料二氧化钒，通过选择性透射或吸收固定频段的电磁信号，实现选频功能，能够使天线信号的发送与接收工作在不同频段，互不干扰；本发明具有多功能，高性能，低损耗，能够保障了农业物联网信息传输过程的准确性。
附图说明
15.图1是本发明实施例一提供的一种天线性能改善装置的结构示意图；图2是本发明实施例一提供的一种天线性能改善装置中谐振器层的示意图；图3是本发明实施例一提供的一种天线性能改善装置中梯形截锥体谐振器的示意图；图4是本发明实施例一提供的一种天线性能改善装置在温度低于68℃产生的电磁
诱导透明现象示意图，性能用透射系数表示；图5是本发明实施例一提供的一种天线性能改善装置在温度高于68℃产生的电磁诱导吸收现象示意图，性能用吸收系数表示；图6是本发明实施例一提供的一种天线性能改善装置产生的慢光效应示意图，性能用群延迟表示。
16.图中：1、梯形截锥体谐振器；1-1、多层二氧化钒层；1-2、多层石英介质基板；2、第一石英介质基板；3、第二石英介质基板；3-1、花型谐振器；3-2、工字型谐振器；4、二氧化钒层。
实施方式
17.下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
实施例
18.如图1所示，本实施例介绍一种天线性能改善装置，包括：上下布置的第一石英介质基板2和第二石英介质基板3。第一石英介质基板2和第二石英介质基板3之间设有谐振器层，第一石英介质基板2上层设有梯形截锥体谐振器1，第二石英介质基板3下层设有二氧化钒层4。结构尺寸如下：h1表示第一石英介质基板2的厚度、h2表示第二石英介质基板3的厚度、h3表示二氧化钒层4的厚度、h4表示谐振器层的厚度。
19.在本实施例中，第一石英介质基板2和第二石英介质基板3的相对介电常数设置为3.793，损耗角正切值为0.0008，厚度为1μm。
20.如图2所示，谐振器层包括：设于谐振器层中间的花型谐振器3-1和设于花型谐振器3-1左右两侧的工字型谐振器3-2。
21.如图2所示，谐振器层的结构尺寸如下：l1表示第二石英介质基板3的边长、l2表示工字型谐振器3-2上/下部分长方形的长度、l3表示工字型谐振器3-2中间部分长方形的宽度、l4表示右/左侧工字型谐振器3-2中间部分长方形的外边缘到第二石英介质基板3边缘的距离、l5表示工字型谐振器3-2中间部分长方形的长度、l6表示工字型谐振器3-2上/下部分长方形的宽度、r1表示花型谐振器3-1中间椭圆形部分的长轴的长度、r2表示花型谐振器3-1中间椭圆形部分的短轴的长度。
22.在本实施例中，花型谐振器3-1和工字型谐振器3-2的材料均为金，厚度为3μm，电导率为4.561
×
10
7 s
·
m-1
。
23.谐振器层与第一石英介质基板2、第二石英介质基板3之间利用um级别的镀膜工艺固接。um级别的镀膜工艺是一种用不同的材料在基片表面形成新表面的新型技术，包括真空蒸发、化学反应沉积镀膜法、溶胶凝胶法等。在本实施例中，采用化学反应沉积镀膜法。利用次磷酸盐和甲醛为还原剂在放置谐振器的溶液中发生化学还原作用，在镀件的固液界面上析出并沉积得到镀层。与现有技术相比，具有设备简单、成本低等优势。
24.如图3所示，梯形截锥体谐振器1由多层二氧化钒层1-1和多层石英介质基板1-2间隔层叠拼接构成。多层石英介质基板1-2用于隔离多层二氧化钒层1-1之间的耦合。在本实
施例中，梯形截锥体谐振器1包括十一层圆形的多层二氧化钒层1-1和十层圆形的多层石英介质基板1-2。梯形截锥体谐振器1中每个单层结构与谐振器层形成单频点吸收，层数越多，吸收的带宽越宽，采用多层结构的梯形截锥体谐振器1能够增加吸收带宽。与现有技术相比，锥形结构对于调控电磁波就有更好的效果。
25.如图3所示，梯形截锥体谐振器1尺寸如下：r3表示梯形截锥体谐振器1底部直径、r4表示梯形截锥体谐振器1顶部直径、h5表示梯形截锥体谐振器1的厚度、o1表示组成梯形截锥体谐振器1的多层二氧化钒层1-1的厚度、o2表示组成梯形截锥体谐振器1的多层石英介质基板1-2的厚度、u表示层叠的多层二氧化钒层1-1与多层石英介质基板1-2之间的半径差。
26.本实施提供的一种天线改善系统的尺寸参数如下：参数h1h2h3h4h5r1值（μm）1μm1μm8μm3μm23μm45μm参数r2r3r4l1l2l3值（μm）65μm53μm89μm250μm60μm16μm参数l4l5l6o1o2u值（μm）27μm200μm16μm0.5μm2μm2μm一种天线性能改善系统应用于太赫兹波段的信号，太赫兹波段的电磁波入射时，入射电磁波的电场分量直接激发谐振器层，花型谐振器3-1被电场信号直接激发产生电谐振，工字型谐振器3-2被电场信号直接激发产生电谐振，两种能量状态进行相消干涉实现群速度调控，群速度调控使电磁信号的相位发生延迟，产生慢光效应。
27.群速度调控技术有一段透射窗口，区间为0.402 thz到1.053 thz，透射窗口用于过滤频率区间外的电磁信号，能够滤掉非此频段的传输信号，具有很好的抗干扰性能，起到信号滤波器的作用。
28.一种天线性能改善系统利用二氧化钒的相变特性对不同频段的电磁信号进行透射或吸收。
29.通过改变温度调节二氧化钒的电导率，二氧化钒在温度小于68℃时电导率近似为0，呈现介质态。梯形截锥体谐振器1相当于不起作用，谐振器层的花型谐振器3-1和工字型谐振器3-2相互耦合，形成透射功能。如图4所示为在温度小于68℃产生的电磁诱导透明现象示意图，性能用透射系数表示，对0.402thz到1.053thz区间内的电磁信号进行透射。电磁诱导透明现象会同时产生电磁波的相位延迟，相位延迟导致人眼视觉感受到光变慢的效应，因此伴随慢光效应。如图4所示，慢光效应产生的区间位于0.402 thz 和1.053 thz之间，性能通过图6所示的群延迟表示，最大群延迟为158 ps。如图5所示，温度大于等于68℃时，对0.346 thz到0.841 thz区间内的电磁信号进行吸收。
30.通过改变温度调节二氧化钒的电导率，二氧化钒在温度大于等于68℃时电导率近似为300000s/m，呈现金属态。梯形截锥体谐振器1破坏谐振器层形成的透射功能结构的透射功能，调控耦合相位，形成吸收功能。如图5所示为在温度大于等于68℃产生的电磁诱导吸收现象示意图，性能用吸收系数表示，对0.346 thz到0.841 thz区间内的电磁信号进行吸收。
31.本实施例利用二氧化钒的温控相变特性实现群速度调控技术转共振吸收技术，对设定频段的电磁信号进行选择性透射或吸收的双功能的切换，结合图5、图6，群速度调控技
术转共振吸收技术利用二氧化钒的温控相变性质实现，实现了天线性能改善系统的功能多样性。
32.在经过特定的设计，本实施例提供的一种天线性能改善系统，有别于传统天线罩工作时对天线性能的干扰，除了对天线进行基本的物理保护外，还具有选频功能，能够使天线信号的发送与接收工作在不同频段，互不干扰。本实施例通过的一种天线性能改善系统，通过谐振器层特殊拓扑结构设计，通过两种能量状态的破坏性干扰实现群速度调控技术，从而使信号产生慢光效应，能够应用于光通信和全光网络，还能够起到信号滤波器的作用。
33.本实施例提供的一种天线性能改善系统具有多功能、高性能、低损耗的特点，能够保障了农业物联网信息传输过程的准确性。
实施例
34.本实施例提供基于实施例一的一种天线性能改善方法，包括：获取天线的工作状态为发送电磁信号或接受电磁信号；根据获取到的工作状态，调节环境温度，利用二氧化钒的相变特性对不同频段的电磁信号进行透射或吸收。
35.具体的，在天线工作状态为接受电磁信号时，入射电磁信号的电场分量激发谐振器层的花型谐振器3-1和工字型谐振器3-2，通过两种谐振器产生的两种能量状态进行相消干涉实现群速度调控，对电磁信号的相位进行调控，并产生慢光效应。
36.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案。这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种天线性能改善装置，其特征在于，包括：上下布置的第一石英介质基板和第二石英介质基板；所述第一石英介质基板和第二石英介质基板之间设有谐振器层，所述谐振器层包括：设于谐振器层中间的花型谐振器和设于花型谐振器左右两侧的工字型谐振器，两种谐振器产生的两种能量状态进行相消干涉实现群速度调控；所述第一石英介质基板上层设有梯形截锥体谐振器，所述梯形截锥体谐振器由多层二氧化钒层和多层石英介质基板间隔层叠拼接构成；所述第二石英介质基板下层设有二氧化钒层；利用二氧化钒的相变特性对不同频段的电磁信号进行透射或吸收。2.根据权利要求1所述的天线性能改善装置，其特征在于，所述群速度调控使电磁信号的相位发生延迟，产生慢光效应，所述慢光效应产生的电磁信号的频率区间为0.402 thz到1.053 thz，最大群延迟为158 ps。3.根据权利要求1所述的天线性能改善装置，其特征在于，所述群速度调控中存在透射窗口，所述透射窗口的频率区间为0.402 thz到1.053 thz，所述透射窗口用于过滤频率区间外的电磁信号。4.根据权利要求1所述的天线性能改善装置，其特征在于，所述利用二氧化钒的相变特性对不同频段的电磁信号进行透射或吸收，包括：温度小于68℃时，对0.402 thz到1.053 thz区间内的电磁信号进行透射，温度大于等于68℃时，对0.346 thz到0.841 thz区间内的电磁信号进行吸收。5.根据权利要求1所述的天线性能改善装置，其特征在于，所述谐振器层与第一石英介质基板、第二石英介质基板之间利用um级别的镀膜工艺固接。6.根据权利要求5所述的天线性能改善装置，其特征在于，所述um级别的镀膜工艺为化学反应沉积镀膜法。7.根据权利要求1所述的天线性能改善装置，其特征在于，所述第一石英介质基板和第二石英介质基板的相对介电常数设置为3.793，损耗角正切值为0.0008，厚度为1μm。8.根据权利要求1所述的天线性能改善装置，其特征在于，所述花型谐振器和工字型谐振器的材料为金，厚度为3μm。9.基于权利要求1~8所述的一种天线性能改善方法，其特征在于，包括：获取天线的工作状态为发送电磁信号或接受电磁信号；根据获取到的工作状态，调节环境温度，利用二氧化钒的相变特性对不同频段的电磁信号进行透射或吸收。10.根据权利要求9所述的天线性能改善方法，其特征在于，还包括：在天线工作状态为接受电磁信号时，入射电磁信号的电场分量激发谐振器层的花型谐振器和工字型谐振器，通过两种谐振器产生的两种能量状态进行相消干涉实现群速度调控，对电磁信号的相位进行调控，并产生慢光效应。

技术总结
本发明公开了一种天线性能改善系统及改善方法，一种天线性能改善系统包括：上下布置的第一石英介质基板和第二石英介质基板；第一石英介质基板和第二石英介质基板之间设有谐振器层，谐振器层包括：设于谐振器层中间的花型谐振器和设于花型谐振器左右两侧的工字型谐振器，两种谐振器产生的两种能量状态进行相消干涉实现群速度调控；第一石英介质基板上层设有梯形截锥体谐振器，梯形截锥体谐振器由多层二氧化钒层和多层石英介质基板层叠连接构成；第二石英介质基板下层设有二氧化钒层。本发明能够利用二氧化钒的相变特性对不同频段的电磁信号进行透射或吸收，提高天线性能。提高天线性能。提高天线性能。


技术研发人员：朱迪迪 李思莹 傅梵琦 何丰蔓 章海锋
受保护的技术使用者：南京邮电大学
技术研发日：2023.05.25
技术公布日：2023/8/9