基于AMC的毫米波柔性透明高增益圆极化天线及制备方法

基于amc的毫米波柔性透明高增益圆极化天线及制备方法
技术领域
1.本发明属于天线及制备技术领域，涉及一种毫米波圆极化天线，特别是一种基于amc的毫米波柔性透明高增益圆极化天线及制备方法，可用于5g中继基站。


背景技术：

2.近些年，伴随着第五代移动通信技术(5g)的迅速发展，人们对高速度和低延迟信息传输的需求日益见长，由此带来的是对相关天线的各项指标的要求越来越高。毫米波作为5g通信的主要频段之一，与前代通信系统明显相区别，因而其与发射和接收它的终端天线一起，构成了5g通信关键技术的一个重要方面，即新型毫米波天线技术。天线作为与外部自由空间进行信息交互的桥梁与纽带，其技术的革新是5g通信技术演进蓝图中极其重要的一环，毫米波技术则是5g通信另一项不同于前代通信技术的革新。
3.电磁波的极化一般用矢量电场末端的运动轨迹来进行描述，根据矢量电场末端随时间运动的轨迹所形成的形状，将电磁波的极化分为线极化、圆极化以及椭圆极化，并根据矢量电场末端运动的方向，还可将圆(椭圆)极化进一步分为左旋圆(椭圆)极化和右旋圆(椭圆)极化。圆极化波的产生是通过激励辐射天线产生两个相互正交、幅度相同并目相位差为90
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的线极化波。
4.圆极化(cp)天线由于其强大的抗干扰能力，更好的移动性和多径抑制能力，随着天线应用在越来越多的设备上，在有些应用场景上，比如应用在机载天线、车载天线、室内天线等场景，宽带和低剖面天线是无线通信技术的发展的趋势之一，因此，提高圆极化天线的带宽，实现高增益和低剖面特性成为十分重要的研究方向。为了探索同相反射的特性，人们提出了一种没有通孔的周期性贴片表面结构，即人工磁导体(amc)，在一定频率范围内，反射波的相位等于入射波的相位，amc反射器可用于减小天线的高度，amc反射器在天线小型化的应用中展现了巨大的潜力，因此，研究和设计新型amc结构将其应用于天线中来实现天线的低剖面特性具有重要价值和意义。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于解决技术中存在的问题，设计提供一种基于amc的毫米波柔性透明高增益圆极化天线及制备方法。
6.为实现上述目的，本发明所述基于amc的毫米波柔性透明高增益圆极化天线包括辐射器、第一介质基板、第二介质基板和amc超表面单元；第二介质基板上表面设置2
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2周期性排列的amc超表面单元，第一介质基板设置在第二介质基板中心位置上方0.5mm处，辐射器固定在第一介质基板上。
7.作为本发明的进一步技术方案，所述辐射器包括方环形贴片、谐振椭圆环和微带馈线，方环形贴片的对称轴线上对称设置两个谐振椭圆环，谐振椭圆环的外圆与方环形贴片的内边相切，方环形贴片上设置谐振椭圆环的对称轴线的两个对角处分别切割90
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扇形开槽，微带馈线设置在第一介质基板的下表面，微带馈线与谐振椭圆环的长轴平行。
8.作为本发明的进一步技术方案，所述amc超表面单元采用两个对角带有切角的方形贴片结构。
9.作为本发明的进一步技术方案，所述第二介质基板由第一pet层、pvc层、ito层和第二pet层自上而下设置的四层结构构成。
10.作为本发明的进一步技术方案，所述辐射器采用ito材质制成，厚度为10um，电导率20000s/m。
11.作为本发明的进一步技术方案，所述微带馈线采用50ω矩形微带馈线，微带馈线的长为2.75mm，宽为0.37mm，用于实现天线的圆极化特性。
12.作为本发明的进一步技术方案，所述方环形贴片的外边长为5mm，内边长为3.4mm，谐振椭圆环的外圆轴比为1.25，外圆长轴为1.2mm，内圆轴比为1.43，内圆长轴为0.7mm，扇形开槽的半径为0.7mm。
13.作为本发明的进一步技术方案，所述amc超表面单元的边长均为5.25mm，切角为等腰直角三角形，斜边长2mm，相连两个amc超表面单元的间隔为1mm。
14.作为本发明的进一步技术方案，所述第一介质基板与第二介质基板的介质常数与厚度均不同，第一介质基板采用厚度为0.125mm的pet材质制成，相对介电常数为3.2，损耗正切值0.003；第二介质基板的pvc层采用厚度为1.5mm的pvc材质制成，相对介电常数2.7，损耗正切0.007；第二介质基板的ito层厚度为1.5mm的ito材质制成，电导率20000s/m；第二介质基板的pet层采用厚度为0.125mm的pet材质制成，相对介电常数为3.2，损耗正切值0.003。
15.本发明制备基于amc的毫米波柔性透明高增益圆极化天线的具体过程为：
16.(1)选用厚度为0.125mm的pet材质制作第一介质基板，选用pet材料、pvc材料和ito材料分别制作第二介质基板的四层结构，并按顺序叠加制成第二介质基板；
17.(2)在方形贴片的对角处进行切角得到amc超表面单元5，并将四个amc超表面单元在第二介质基板周期性排列；
18.(3)采用ito材质制作辐射器，并将辐射器置于第一介质基板上；
19.(4)将第一介质基板置于第二介质基板上方0.5mm处，完成天线的制作。
20.与现有技术相比，本发明具有以下优点：
21.1.本发明采用的贴片结构和介质基板采用pet或pvc等材料，具有柔性和可弯曲性；
22.2.本发明设计的辐射器外边长为5*5mm，可工作在5g毫米波段；
23.3.本发明在第二介质基板设计2
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2的amc超表面单元，在一定频率范围内，反射波的相位等于入射波的相位，可有效降低天线整体剖面尺寸，提高增益，改善性能；
24.4.本发明设计了中心对称结构的谐振椭圆环与扇形开槽，使天线具有圆极化特性。
附图说明
25.图1为本发明所述基于amc的毫米波柔性透明高增益圆极化天线的主体结构原理示意图。
26.图2为本发明所述辐射器的正视结构原理示意图。
27.图3为本发明所述辐射器的后视结构原理示意图。
28.图4为本发明所述基于amc的毫米波柔性透明高增益圆极化天线的s11性能曲线图。
29.图5为本发明所述基于amc的毫米波柔性透明高增益圆极化天线的ar性能曲线图。
30.图6为本发明所述基于amc的毫米波柔性透明高增益圆极化天线的最大实际增益曲线图。
具体实施方式
31.下面结合附图和具体实施例，对本发明作进一步描述。
32.实施例1：
33.如图1-3所示，本实施例提供的述基于amc的毫米波柔性透明高增益圆极化天线包括辐射器1、第一介质基板2、第二介质基板3和amc超表面单元5；第二介质基板3上表面设置2
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2周期性排列的amc超表面单元5，使电磁波反射相位降低到0，进一步降低天线剖面；第一介质基板2设置在第二介质基板3中心位置上方0.5mm处，辐射器1固定在第一介质基板2上；
34.其中，辐射器1采用ito材质制成，厚度为10um，电导率20000s/m，包括方环形贴片101、谐振椭圆环102和微带馈线103，方环形贴片101的对称轴线上对称设置两个谐振椭圆环102，谐振椭圆环102的外圆与方环形贴片101的内边相切，方环形贴片101上设置谐振椭圆环102的对称轴线的两个对角处分别切割90
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扇形开槽，微带馈线103设置在第一介质基板2的下表面，微带馈线103与谐振椭圆环102的长轴平行，方环形贴片101的外边长为5mm，内边长为3.4mm，谐振椭圆环102的外圆轴比为1.25，外圆长轴为1.2mm，内圆轴比为1.43，内圆长轴为0.7mm，扇形开槽的半径为0.7mm；微带馈线103采用50ω矩形微带馈线，微带馈线103的长为2.75mm，宽为0.37mm；辐射器1的结构可有效改善天线轴比，实现圆极化特性；
35.amc超表面单元5采用两个对角带有切角的方形贴片结构；amc超表面单元5的边长均为5.25mm，切角为等腰直角三角形，斜边长2mm，相连两个amc超表面单元5的间隔为1mm；
36.第二介质基板3由第一pet层301、pvc层302、ito层303和第二pet层304自上而下设置的四层结构构成，第一介质基板与第二介质基板的介质常数与厚度均不同，第一介质基板2采用厚度为0.125mm的pet材质制成，相对介电常数为3.2，损耗正切值0.003；第二介质基板3的pvc层302采用厚度为1.5mm的pvc材质制成，相对介电常数2.7，损耗正切0.007；第二介质基板3的ito层303厚度为1.5mm的ito材质制成，电导率20000s/m；第二介质基板3的pet层301、304采用厚度为0.125mm的pet材质制成，相对介电常数为3.2，损耗正切值0.003。
37.实施例2：
38.本实施例制备实施例1所述基于amc的毫米波柔性透明高增益圆极化天线，具体过程为：
39.(1)选用厚度为0.125mm的pet材质制作第一介质基板2，选用pet材料、pvc材料和ito材料分别制作第二介质基板3的四层结构，并按顺序叠加制成第二介质基板3；
40.(2)在方形贴片的对角处进行切角得到amc超表面单元5，并将四个amc超表面单元5在第二介质基板3进行周期性排列；
41.(3)采用ito材质制作辐射器1，并将辐射器1置于第一介质基板1上；
42.(4)将第一介质基板1置于第二介质基板2上方0.5mm处，完成天线的制备，并对制备的天线进行性能测试，具体结果如图4-6所示。

技术特征：
1.一种基于amc的毫米波柔性透明高增益圆极化天线，其特征在于，包括辐射器、第一介质基板、第二介质基板和amc超表面单元；第二介质基板上表面设置2
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2周期性排列的amc超表面单元，第一介质基板设置在第二介质基板中心位置上方0.5mm处，辐射器固定在第一介质基板上。2.根据权利要求1所述基于amc的毫米波柔性透明高增益圆极化天线，其特征在于，所述辐射器包括方环形贴片、谐振椭圆环和微带馈线，方环形贴片的对称轴线上对称设置两个谐振椭圆环，谐振椭圆环的外圆与方环形贴片的内边相切，方环形贴片上设置谐振椭圆环的对称轴线的两个对角处分别切割90
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扇形开槽，微带馈线设置在第一介质基板的下表面，微带馈线与谐振椭圆环的长轴平行。3.根据权利要求1所述基于amc的毫米波柔性透明高增益圆极化天线，其特征在于，所述amc超表面单元采用两个对角带有切角的方形贴片结构。4.根据权利要求1所述基于amc的毫米波柔性透明高增益圆极化天线，其特征在于，所述第二介质基板由第一pet层、pvc层、ito层和第二pet层自上而下设置的四层结构构成。5.根据权利要求2所述基于amc的毫米波柔性透明高增益圆极化天线，其特征在于，所述辐射器的厚度为10um，电导率为20000s/m。6.根据权利要求2所述基于amc的毫米波柔性透明高增益圆极化天线，其特征在于，所述微带馈线采用50ω矩形微带馈线，微带馈线的长为2.75mm，宽为0.37mm。7.根据权利要求3所述基于amc的毫米波柔性透明高增益圆极化天线，其特征在于，所述方环形贴片的外边长为5mm，内边长为3.4mm，谐振椭圆环的外圆轴比为1.25，外圆长轴为1.2mm，内圆轴比为1.43，内圆长轴为0.7mm，扇形开槽的半径为0.7mm。8.根据权利要求1所述基于amc的毫米波柔性透明高增益圆极化天线，其特征在于，所述amc超表面单元的边长均为5.25mm，切角为等腰直角三角形，斜边长2mm，相连两个amc超表面单元的间隔为1mm。9.一种制备如权利要求1-8任一项所述基于amc的毫米波柔性透明高增益圆极化天线的方法，其特征在于，具体过程为：(1)选用厚度为0.125mm的pet材质制作第一介质基板2，选用pet材料、pvc材料和ito材料分别制作第二介质基板3的四层结构，并按顺序叠加制成第二介质基板3；(2)在方形贴片的对角处进行切角得到amc超表面单元5，并将四个amc超表面单元5在第二介质基板3周期性排列；(3)采用ito材质制作辐射器1，并将辐射器1置于第一介质基板1上；(4)将第一介质基板1置于第二介质基板2上方0.5mm处，完成天线的制作。

技术总结
本发明属于天线及制备技术领域，涉及一种毫米波圆极化天线，特别是一种基于AMC的毫米波柔性透明高增益圆极化天线及制备方法，所述天线包括辐射器、第一介质基板、第二介质基板和AMC超表面单元；第二介质基板上表面设置2


技术研发人员：郑宇 刘田 卢泽山 孙家正
受保护的技术使用者：青岛大学
技术研发日：2023.06.25
技术公布日：2023/8/14