一种非周期性人工磁导体印刷偶极子天线

电气元件制品的制造及其应用技术1.本发明涉及天线领域，具体涉及一种非周期性人工磁导体印刷偶极子天线。背景技术：2.超材料因为自身具有自然界不存在的物理特性，在近些年来受到许多研究学者的关注。超材料的研究对电磁学领域有着重大的科学意义，在制造无线通信设备的工程领域有着广阔应用前景。目前与电磁学相关的超材料主要可以分类为：介电常数和磁导率均为负数的左手材料(left handed materials,lhm)，和常规传输线特性不同具有宽频带、低损耗和易加工特点的左/右手复合传输线(right/left-handed transmission lines,crlh)，根据光子带隙概念类比到微波频段的电磁带隙结构(electromagnetic band gap,ebg)，还有在某些频段可以实现电磁波零相位反射的人工磁导体(artificial magnetic conductor,amc)等等。而人工磁导体就是由美国学者d.sievenpiper在研究蘑菇型电磁带隙特性发现。3.传统的人工磁导体大部分研究，仍然是单元大小和间距大小相同的周期性结构。关于非周期性人工磁导体和非周期性人工磁导体应用于天线领域的的研究较少。技术实现要素：4.针对现有技术中的上述不足，本发明提供的一种非周期性人工磁导体印刷偶极子天线提供了一种比传统周期性人工磁导体天线的性能指标更优的非周期性人工磁导体天线。5.为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：6.提供一种非周期性人工磁导体印刷偶极子天线，其包括非周期性人工磁导体和印刷偶极子天线；印刷偶极子天线位于非周期性人工磁导体的正上方；非周期性人工磁导体包括第一介质基板，第一介质基板上设置有72个按照8行9列分布的人工导磁体单元；非周期性人工磁导体上下对称且每一行的人工导磁体单元结构大小相同；每一行的中心线位于同一直线上；7.非周期性人工磁导体的参数基于整个天线结构的剖面高度，通过遗传算法进行自动优化，优化目标为宽带低剖面。8.进一步地，遗传算法中的适应度函数为：9.fun＝(bw_r1-bw_l1)×k1+hx×k210.其中fun表示适应度函数值；bw_r1表示优化所得阻抗带宽的右频点；bw_l1为优化所得阻抗带宽的左频点；k1和k2分别为带宽和低剖面的权重参数；hx为整个天线结构的剖面高度；在遗传算法迭代结束后，将适应度函数值最大的种群个体对应的参数作为非周期性人工磁导体的参数。11.进一步地，k1＝0.6，k2＝0.4。12.进一步地，每个人工导磁体单元的宽dy均为9.25mm；第1行和第8行的人工导磁体单元的长dx1均为11mm；第2行和第7行的人工导磁体单元的长dx2均为8.7mm；第3行和第6行的人工导磁体单元的长dx3均为8.3mm；第4行和第5行的人工导磁体单元的长dx4均为7.7mm；相邻两行之间的间距为1.725mm，同一行内相邻两个人工导磁体单元的间距为1.725mm。13.进一步地，印刷偶极子天线包括第二介质基板，第二介质基板的上表面对称设置有两个梯形天线辐射贴片；14.第二介质基板的上层馈线长度l2为12.4mm；第二介质基板的下层渐变梯形馈线的宽度w3为2.7mm；第二介质基板的长度w为46.5mm；第二介质基板的宽l为50mm；15.两个梯形天线辐射贴片的间距s为2.4mm；单个梯形天线辐射贴片的上底宽度w1为12.9mm，下底宽度w2为21.2mm，高l1为10.7mm。16.本发明的有益效果为：相比于传统周期性人工磁导体天线，本非周期性人工磁导体印刷偶极子天线不仅保持了天线低剖面特性，而且带宽要更宽。附图说明17.图1为本非周期性人工磁导体印刷偶极子天线的俯视图；18.图2为本非周期性人工磁导体印刷偶极子天线的侧视图；19.图3为本非周期性人工磁导体印刷偶极子天线|s11|仿真曲线示意图；20.图4为本非周期性人工磁导体印刷偶极子天线e面方向图；21.图5为本非周期性人工磁导体印刷偶极子天线h面方向图。22.其中：1、第一介质基板；2、第二介质基板；3、梯形天线辐射贴片；4、人工导磁体单元。具体实施方式23.下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。24.如图1和图2所示(图中coaxial cable表示同轴电缆馈电，amc表示人工导磁体单元4，ground plane表示接地面)，该非周期性人工磁导体印刷偶极子天线包括非周期性人工磁导体和印刷偶极子天线；印刷偶极子天线位于非周期性人工磁导体的正上方；非周期性人工磁导体包括第一介质基板1，第一介质基板1上设置有72个按照8行9列分布的人工导磁体单元4；非周期性人工磁导体上下对称且每一行的人工导磁体单元4结构大小相同；每一行的中心线位于同一直线上；25.非周期性人工磁导体的参数基于整个天线结构的剖面高度，通过遗传算法进行自动优化，优化目标为宽带低剖面。通过遗传算法优化的参数具体有：单个梯形天线辐射贴片3的上底宽度w1、单个梯形天线辐射贴片3的下底宽度w2、单个梯形天线辐射贴片3的高l1、第二介质基板2的上层馈线长度l2、第二介质基板2的下层渐变梯形馈线的宽度w3、第二介质基板2的宽l、两个梯形天线辐射贴片3的间距s、每个人工导磁体单元4的宽和长、相邻两行人工导磁体单元4的间距，以及同一行中相邻两个人工导磁体单元4的间距。26.遗传算法中的适应度函数为：27.fun＝(bw_r1-bw_l1)×k1+hx×k228.其中fun表示适应度函数值；bw_r1表示优化所得阻抗带宽的右频点；bw_l1为优化所得阻抗带宽的左频点；k1和k2分别为带宽和低剖面的权重参数；hx为整个天线结构的剖面高度；在遗传算法迭代结束后，将适应度函数值最大的种群个体对应的参数作为非周期性人工磁导体的参数。k1＝0.6，k2＝0.4。29.在本发明的一个实施例中，每个人工导磁体单元4的宽dy均为9.25mm；第1行和第8行的人工导磁体单元4的长dx1均为11mm；第2行和第7行的人工导磁体单元4的长dx2均为8.7mm；第3行和第6行的人工导磁体单元4的长dx3均为8.3mm；第4行和第5行的人工导磁体单元4的长dx4均为7.7mm；相邻两行之间的间距为1.725mm，同一行内相邻两个人工导磁体单元4的间距为1.725mm。30.印刷偶极子天线包括第二介质基板2，第二介质基板2的上表面对称设置有两个梯形天线辐射贴片3；第二介质基板2的上层馈线长度l2为12.4mm；第二介质基板2的下层渐变梯形馈线的宽度w3为2.7mm；第二介质基板2的长度w为46.5mm；第二介质基板2的宽l为50mm；两个梯形天线辐射贴片3的间距s为2.4mm；单个梯形天线辐射贴片3的上底宽度w1为12.9mm，下底宽度w2为21.2mm，高l1为10.7mm。两个介质基板均可以采用介电常数为4.3的介质基板，并可以采用fr-4材质。31.基于以上参数构建实物并进行s参数测试和方向图测试。其中s参数测试结果如图3、图4和图5所示。可以看出，方向图测试e面吻合良好，h面存在偏差，可能主要是加工精度有限和测试环境影响带来的测量误差。32.将本技术的非周期性人工磁导体印刷偶极子天线与现有天线进行性能对比，对比结果如表1所示。33.表1[0034][0035]从表1可知，本天线的带宽大于未加载人工磁导体的印刷偶极子天线和加载周期人工磁导体的印刷偶极子天线，本天线的厚度小于未加载人工磁导体的印刷偶极子天线和加载周期人工磁导体的印刷偶极子天线。









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