本公開涉及天線，尤其涉及平板天線。

背景技術(shù)：

平板天線是一種僅在一個特定的方向傳播的天線。平板天線一般用在點對點的情形下，也被稱為“貼片天線”。

在現(xiàn)有技術(shù)中，主要是通過相控陣天線來實現(xiàn)低副瓣平板天線的效果。相控陣天線通過控制陣列天線中的輻射單元的饋電相位來改變方向圖形狀，比如實現(xiàn)低副瓣，實現(xiàn)波束掃描的效果。

但是相控陣天線有自己的缺陷。例如，相控陣天線的后部控制饋電相位的電路會使得損耗較大，并且相控陣天線造價非常昂貴。因而，需要一種經(jīng)改進的平板天線。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

以下給出一個或多個方面的簡要概述以提供對這些方面的基本理解。此概述不是所有構(gòu)想到的方面的詳盡綜覽，并且既非旨在指認出所有方面的關鍵性或決定性要素亦非試圖界定任何或所有方面的范圍。其唯一的目的是要以簡化形式給出一個或多個方面的一些概念以為稍后給出的更加詳細的描述之序。

根據(jù)本公開的第一方面，提供了一種超材料平板，包括：基板；形成在所述基板的上表面的金屬微結(jié)構(gòu)；以及形成在所述基板的下表面上的多個呈陣列排布的金屬貼片，其中所述多個金屬貼片彼此間隔設置。

根據(jù)本公開的一實施例，所述基板由上下兩層基板構(gòu)成，并且其中所述超材料平板還包括將上層基板和下層基板粘合在一起的低介電系數(shù)材料，并且其中所述金屬微結(jié)構(gòu)被形成在上層基板上且所述金屬貼片被形成在下層基板上。在一示例中，該低介電系數(shù)材料是紙蜂窩、泡沫塑料等等中的一者或其組合。

根據(jù)本公開的另一實施例，所述金屬微結(jié)構(gòu)可以是兩個嵌套在一起的空心“十”字形金屬環(huán)、平行金屬線、金屬折線、金屬圓環(huán)、金屬方環(huán)等等，或是以上各項的任何組合。

根據(jù)本公開的又一實施例，所述金屬微結(jié)構(gòu)和所述金屬貼片以固定形狀的晶格為單元來排布，其中所述金屬微結(jié)構(gòu)和所述金屬貼片分別形成在所述晶格的上晶面和下晶面上。

根據(jù)本公開的又一實施例，所述晶格的尺寸是根據(jù)所需波段以及所需的電性能來確定的。

根據(jù)本公開的又一實施例，在每個固定形狀的晶格中，所述金屬微結(jié)構(gòu)的尺寸、形狀和排布以及所述金屬貼片的尺寸和所述金屬貼片之間的間隔是根據(jù)在該晶格處所需的相位和能量特性來確定的。

根據(jù)本公開的又一實施例，所述晶格是長方體晶格。

根據(jù)本公開的又一實施例，所述晶格的上晶面和下晶面是正方形晶面，且所述上晶面上形成有一個金屬微結(jié)構(gòu)，所述下晶面上形成有四個正方形金屬貼片。

根據(jù)本公開的第二方面，提供了一種低副瓣超材料平板天線，包括：輻射體，以及根據(jù)本公開的第一方面的超材料平板，其中所述超材料平板的形成有所述金屬微結(jié)構(gòu)的表面被設置成面向所述輻射體的輻射方向。

根據(jù)本公開的又一方面，提供了一種制造超材料平板的方法，包括：提供基板；在所述基板的上表面上形成金屬微結(jié)構(gòu)；以及在所述基板的下表面上形成多個金屬貼片，其中所述多個金屬貼片彼此間隔設置。

根據(jù)本公開的一實施例，所述基板由上下兩層基板構(gòu)成，并且其中所述方法還包括使用紙蜂窩將上層基板和下層基板粘合在一起，并且其中所述金屬微結(jié)構(gòu)被形成在上層基板的上表面上且所述金屬貼片被形成在下層基板的下表面上。

如此，本公開通過經(jīng)由金屬微結(jié)構(gòu)以及背部金屬貼片來改變電磁波經(jīng)過超材料微結(jié)構(gòu)發(fā)射后的能量和相位的分布，從而得到低副瓣超材料平板天線，而無需采用常規(guī)相控陣天線，降低了損耗和天線成本。

附圖說明

在結(jié)合以下附圖閱讀本公開的實施例的詳細描述之后，能夠更好地理解本實用新型的上述特征和優(yōu)點。在附圖中，各組件不一定是按比例繪制，并且具有類似的相關特性或特征的組件可能具有相同或相近的附圖標記。

圖1是根據(jù)本公開的一實施例的示例性超材料平板的示意圖；

圖2是根據(jù)本公開的另一實施例的示例性超材料平板的示意圖；

圖3是根據(jù)本公開的一實施例的示例性超材料平板天線的上視圖、正視圖、左示圖以及平板背面的示意圖；

圖4是根據(jù)本公開的一實施例的示例性超材料平板天線的整體示意圖；

圖5是根據(jù)本公開的一實施例的超材料平板的一個晶格的示意圖；

圖6是根據(jù)本公開的一實施例的超材料平板天線的示例方向圖；以及

圖7是制造超材料平板的示例性方法的流程圖。

具體實施方式

以下結(jié)合附圖和具體實施例對本實用新型作詳細描述。注意，以下結(jié)合附圖和具體實施例描述的諸方面僅是示例性的，而不應被理解為對本實用新型的保護范圍進行任何限制。

本申請發(fā)明人認識到，通過使用超材料微結(jié)構(gòu)尺寸和形狀的多樣性，可以通過改變電磁波經(jīng)過超材料微結(jié)構(gòu)發(fā)射后的能量和相位的分布來得到低副瓣超材料平板天線，而無需采用相控陣天線。

圖1示出了根據(jù)本公開的一實施例的示例性超材料平板的示意圖100。如圖1所示，該超材料平板包括三層：基板102，形成在基板102的上表面上的金屬微結(jié)構(gòu)層101，以及形成在所述基板的下表面上的金屬貼片層104。根據(jù)本公開的一實施例，金屬貼片層包括彼此由空隙分開的多個金屬貼片。例如，多個金屬貼片在基板102的下表面上彼此間隔設置。根據(jù)本公開的一實施例，基板102可以是本領域技術(shù)人員所知的各種基板，諸如硅(Si)基板、玻璃基板、分層的硅-絕緣體-硅基板、砷化鎵基板，等等。

圖2是根據(jù)本公開的另一實施例的示例性超材料平板的示意圖200。如圖2所示，該超材料平板包括五層：基板202a，形成在基板202a的上表面上的金屬微結(jié)構(gòu)層201，基板202b，形成在基板202b的下表面上的金屬貼片層204，以及粘合基板202a和202b的低介電系數(shù)材料203。

根據(jù)本公開的一實施例，低介電系數(shù)材料203具有合適的厚度以消除或降低金屬微結(jié)構(gòu)與金屬貼片之間的相互電磁干擾。根據(jù)本公開的一實施例，低介電系數(shù)材料203可以是紙蜂窩、泡沫塑料等等。在一示例中，低介電系數(shù)材料203是紙蜂窩；在該示例中，紙蜂窩可以提高超材料平板的平整度，從而改進超材料平板的性能。

下文將結(jié)合圖1-6來描述本公開的一實施例的示例性超材料平板天線。圖3是根據(jù)本公開的一實施例的示例性超材料平板天線的上視圖、正視圖、左示圖以及平板背面的示意圖。

如圖3中的各個視圖所示，該超材料平板天線包括了根據(jù)本公開的一實施例的超材料平板300以及輻射體305。

如圖3中的上視圖所示，超材料平板的正面301密布有多個金屬微結(jié)構(gòu)。根據(jù)本公開的一實施例，正面301例如可以是以上描述的圖1的金屬微結(jié)構(gòu)層101或圖2的金屬微結(jié)構(gòu)層201。

如圖3中的背面示意圖所示，超材料平板的背面304密布有多個金屬貼片，其中該多個金屬貼片彼此間隔設置，由一定的縫隙來分開。根據(jù)本公開的一實施例，背面304可以是以上描述的圖1的金屬貼片層104或圖2的金屬貼片層204。

圖4是根據(jù)本公開的一實施例的超材料平板天線的整體示意圖。如圖4所示，該超材料平板天線包括輻射體401和超材料平板402。

在該示例中，金屬微結(jié)構(gòu)被形成在超材料平板402的正面，如圖4中正面的局部放大部分403更清楚地示出的。本領域技術(shù)人員將明白，雖然圖4在403處將金屬微結(jié)構(gòu)示為兩個嵌套在一起的空心十字形金屬環(huán)，但金屬微結(jié)構(gòu)可以是任何合適的形式，如兩條或更多條平行金屬線、一個或多個金屬折線、金屬圓環(huán)、金屬方環(huán)、任何其他形式的金屬環(huán)，等等。此外，在該示例中，金屬貼片被形成在超材料平板401的背面，如404處示出的。

根據(jù)本公開的一實施例，整個超材料平板是金屬微結(jié)構(gòu)和金屬貼片以固定形狀的晶格為單元來排布形成的。晶格可以是任何合適的形狀，如長方體、六方體、圓柱體等等。例如，根據(jù)本公開的一實施例，晶格是長方體晶格的形式，其中該晶格的上晶面和下晶面分別在超材料平板的正面和背面上且具有正方形的形狀。另外，如圖4在404處所示，該長方體晶格在下晶面(即，背面)上具有由空隙分開的四個正方形金屬貼片。

根據(jù)本公開的一實施例，晶格的尺寸是根據(jù)所需波段以及所需的電性能來確定的。例如，根據(jù)本公開的一實施例，可以采用上下晶面均為12mm正方形的長方體晶格。在每個晶格中，金屬微結(jié)構(gòu)的尺寸、形狀和排布以及金屬貼片的尺寸和它們之間的縫隙是根據(jù)在該晶格處所需的相位和能量特性來確定的。換言之，超材料平板由各個晶格彼此排列在一起來形成，但每個晶格的金屬微結(jié)構(gòu)和金屬貼片是根據(jù)各自所在的位置處的相位和能量特性來確定的。

例如，不同低副瓣效果需要不同的能量分布。根據(jù)所需目標低副瓣，可以計算出所需能量分布。從而，根據(jù)會聚到饋源所需相位以及所需能量分布選取合適的金屬微結(jié)構(gòu)的形狀、尺寸以及背部金屬貼片的尺寸、縫隙寬度(即，間隔的大小)，由此確定超材料平板的晶格排布。

根據(jù)本實用新型的一實施例的超材料平板的一個晶格的示意圖在圖5中示出。如圖5所示，該示例超材料平板晶格是長方體。然而，本領域技術(shù)人員將明白，晶格可以是各種合適的形狀。在圖5所示的實施例中，超材料平板晶格的正面形成有金屬微結(jié)構(gòu)501；超材料平板的背面形成有金屬貼片502。例如，圖5示出了該晶格的上下晶面503、504都是正方形。在圖5的示例中，上晶面503(即，正面)上形成的金屬微結(jié)構(gòu)501是兩個嵌套在一起的空心“十”字形金屬環(huán)，且下晶面504(即，背面)上形成有四個正方形金屬貼片502，并且這些金屬貼片由“十”字形縫隙505分開。根據(jù)本公開的一實施例，金屬微結(jié)構(gòu)501和金屬貼片502的材料是相同的。根據(jù)本公開的另一實施例，金屬微結(jié)構(gòu)501和金屬貼片502的材料是銅。

如圖5所示，該示例超材料平板晶格還包括了紙蜂窩506。其中，上晶面503和下晶面504分別是形成有金屬微結(jié)構(gòu)501和金屬貼片502的基板，并且它們由紙蜂窩506結(jié)合在一起。根據(jù)本公開的一實施例，紙蜂窩506(例如，可以是圖2的紙蜂窩203)具有合適的厚度以消除或降低金屬微結(jié)構(gòu)501與金屬貼片502之間的相互電磁干擾。同時，紙蜂窩506還能提高超材料平板的平整度，從而改進超材料平板的性能。

然而，本領域技術(shù)人員將明白，圖4-5中所示出的金屬微結(jié)構(gòu)和背面金屬貼片僅是出于說明性的目的而示出的。金屬微結(jié)構(gòu)可以是任意數(shù)量且可采取各種其他的結(jié)構(gòu)，如直線、折線、曲線、矩形、圓形、嵌套環(huán)形等等各種形狀。金屬貼片也可以采取各種其他配置，如4個圓形貼片、1個或9個矩形貼片以及其他數(shù)量或形狀的金屬貼片。

在圖4所示的超材料平板天線中，由于超材料平板的背面金屬貼片之間存在縫隙(即，間隔)，使得部分電磁波能夠透過，從而使超材料平板反射的電磁波能量減少，并進而使得超材料平板所反射的能量變化范圍變大(例如，通過控制金屬微結(jié)構(gòu)以及金屬貼片的相應尺寸和排布，電磁波反射可達10％～100％，對應于相控陣雷達矩陣所需的-20到0dB的能量分布變化范圍)。如此，根據(jù)模仿低副瓣相控陣天線所需要的相位和幅度，可以計算出微結(jié)構(gòu)和貼片的分布，進而得到所需的不同相位和幅度，從而實現(xiàn)低副瓣平板天線的效果，而無需相控陣天線。

例如，根據(jù)本公開的一實施例的超材料平板天線的示例方向圖在圖6中示出。如圖6所示，在12GHz下，本公開的超材料平板天線的第一副瓣基本在-28dB以下，達到相控陣天線所能達到的副瓣效果。

圖7是根據(jù)本公開的一實施例的制造超材料平板的方法的流程圖700。

如圖所示，該方法在710處開始，在此，提供基板。例如，可提供圖1的基板102。作為另一示例，可提供圖2的基板202a。

在步驟720，在基板的上表面上形成金屬微結(jié)構(gòu)。例如，可在圖1的基板102上形成金屬微結(jié)構(gòu)層101。

在步驟730，在基板的下表面上形成多個金屬貼片，其中所述多個金屬貼片彼此間隔設置?；逑卤砻媸腔宓纳媳砻嫦鄬Φ谋砻妗?/p>

另選地，根據(jù)本公開的一實施例，在步驟710處提供的基板是包括第一基板和第二基板，并且其中在步驟720將金屬微結(jié)構(gòu)形成在基板的上表面包括將將金屬微結(jié)構(gòu)形成在第一基板的上表面且在步驟730將金屬貼片形成在基板的下表面包括將金屬貼片形成在第二基板的下表面。在該實施例中，方法700進一步包括使用紙蜂窩將第一基板和第二基板粘合在一起的步驟。如圖2所示，基板202a粘合到紙蜂窩203上，且基板202b與基板202a相對地粘合到紙蜂窩203上。

本領域技術(shù)人員可以理解，上述各步驟的操作順序只是出于示例的目的給出的，各步驟可以按各種合適的次序來執(zhí)行。

提供對本公開的先前描述是為使得本領域任何技術(shù)人員皆能夠制作或使用本公開。對本公開的各種修改對本領域技術(shù)人員來說都將是顯而易見的，且本文中所定義的普適原理可被應用到其他變體而不會脫離本公開的精神或范圍。由此，本公開并非旨在被限定于本文中所描述的示例和設計，而是應被授予與本文中所公開的原理和新穎性特征相一致的最廣范圍。