一种超材料智能天线[发明专利]

(12)发明专利申请

(10)申请公布号 CN 107809005 A(43)申请公布日 2018.03.16

(21)申请号 201711152881.9(22)申请日 2017.11.20

(71)申请人 武汉马纳博佐科技有限公司

地址 430223 湖北省武汉市东湖新技术开

发区大学园路13号-1华中科技大学科技园现代服务业基地1号研发楼B单元三层313-14号(72)发明人 陈志勇　

(74)专利代理机构 北京中济纬天专利代理有限

公司 11429

代理人 邓佳(51)Int.Cl.

H01Q 3/34(2006.01)H01Q 21/00(2006.01)H01Q 15/00(2006.01)

权利要求书1页 说明书3页 附图7页

(54)发明名称

一种超材料智能天线

(57)摘要

本发明公开了一种超材料智能天线，包括以下操作步骤：S1：建立模型：先在三维电磁场仿真软件建立一个2G偶极子模型，其3D方向为一个典型的全向方向图；S2：设置超材料结构：超材料结构为偶极子结构，中间位置设置有二极管，以λ/4的半径做一个圆筒，将偶极子至于中心，将超材料结构中以偶极子平面一分为二，一半二极管接通，另一半二极管断开，实现全透波与全反射一半一半；S3：定向覆盖：通过调整每一列超材料结构中二极管的状态，在0-360°范围内任意角度提供定向覆盖，且覆盖波宽可调。本发明实现在0-360°范围内任意角度提供定向覆盖的目的，且覆盖波宽可调，提高信号强度，降低对其他方向用户造成的干扰。

CN 107809005 ACN 107809005 A

权　利　要　求　书

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1.一种超材料智能天线，其特征在于，包括以下操作步骤：S1：建立模型：先在三维电磁场仿真软件建立一个2G偶极子模型，其3D方向为一个典型的全向方向图；

S2：设置超材料结构：超材料结构为偶极子结构，中间位置设置有二极管，以λ/4的半径做一个圆筒，将偶极子至于中心，将超材料结构中以偶极子平面一分为二，一半二极管接通，另一半二极管断开，实现全透波与全反射一半一半；

S3：定向覆盖：通过调整每一列超材料结构中二极管的状态，在0-360°范围内任意角度提供定向覆盖，且覆盖波宽可调；

S4：状态控制：通过控制超材料结构中二极管的导通状态，使得超材料结构在透射和反射之间变化：当结构中二极管导通时，在2G频段该超材料结构显示为反射状态；当其中二极管断开时，该超材料结构呈透射状态；

S5：全透射：超材料结构全透射时，从偶极子辐射出来的电磁波全向辐射后，穿透超材料结构辐射到自由空间，形成灰色区域的水平全向辐射；

S6：模式转变：将一半二极管导通后，一半的超材料结构由透射模式转变为反射模式，此时该方向上的电磁波沿着入射角镜面反射，形成一个如灰色区域的定向辐射。

2.根据权利要求1所述的一种超材料智能天线，其特征在于，所述S1中，2G偶极子模型的水平面2D方向的pgi值在150-180。

3.根据权利要求1所述的一种超材料智能天线，其特征在于，所述S1中，介质基板介电常数3.75，损耗角0.008，金属微带偶极子单臂尺寸30mm*5mm，在2GHz频率此时驻波比小于2，偶极子正常辐射。

4.根据权利要求1所述的一种超材料智能天线，其特征在于，所述S2中，全透波与全反射一半一半时天线由一个360°全向辐射天线变为一个69.1°的定向辐射天线。

5.根据权利要求1所述的一种超材料智能天线，其特征在于，所述S2中，超材料结构为长方形阵列结构。

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说　明　书一种超材料智能天线

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技术领域

[0001]本发明涉及智能天线技术领域，尤其涉及一种超材料智能天线。

背景技术

[0002]在实际用户使用中，需要天线全向辐射的情况比较少，大多数时候希望能够给一个针对用户的指向性窄波束，一方面可以增大系统增益，提高吞吐；另一方面可以降低对其他方向用户的干扰。现有技术中，通常是利用多根方向图互补的定向天线，实现全向覆盖，在搜索到用户后，通过算法启动其中的某一根或者两根天线给用户提供信号，导致信号较差，容易对其他方向用户造成干扰。发明内容

[0003]基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种超材料智能天线。[0004]本发明提出的一种超材料智能天线，包括以下操作步骤：[0005]S1：建立模型：先在三维电磁场仿真软件建立一个2G偶极子模型，其3D方向为一个典型的全向方向图；[0006]S2：设置超材料结构：超材料结构为偶极子结构，中间位置设置有二极管，以λ/4的半径做一个圆筒，将偶极子至于中心，将超材料结构中以偶极子平面一分为二，一半二极管接通，另一半二极管断开，实现全透波与全反射一半一半；[0007]S3：定向覆盖：通过调整每一列超材料结构中二极管的状态，在0-360°范围内任意角度提供定向覆盖，且覆盖波宽可调；[0008]S4：状态控制：通过控制超材料结构中二极管的导通状态，使得超材料结构在透射和反射之间变化：当结构中二极管导通时，在2G频段该超材料结构显示为反射状态；当其中二极管断开时，该超材料结构呈透射状态；[0009]S5：全透射：超材料结构全透射时，从偶极子辐射出来的电磁波全向辐射后，穿透超材料结构辐射到自由空间，形成灰色区域的水平全向辐射；[0010]S6：模式转变：将一半二极管导通后，一半的超材料结构由透射模式转变为反射模式，此时该方向上的电磁波沿着入射角镜面反射，形成一个如灰色区域的定向辐射。[0011]优选地，所述S1中，2G偶极子模型的水平面2D方向的pgi值在150-180。[0012]优选地，所述S1中，介质基板介电常数3.75，损耗角0.008，金属微带偶极子单臂尺寸30mm*5mm，在2GHz频率此时驻波比小于2，偶极子正常辐射。[0013]优选地，所述S2中，全透波与全反射一半一半时天线由一个360°全向辐射天线变为一个69.1°的定向辐射天线。[0014]优选地，所述S2中，超材料结构为长方形阵列结构。[0015]本发明中，所述一种超材料智能天线通过超材料频率选择表面技术，制备一个360°可以随意“开关”的反射面，通过调节反射面的开口，调整天线的辐射方向，实现在0-360°范围内任意角度提供定向覆盖的目的，且覆盖波宽可调，提高信号强度，降低对其他方

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向用户造成的干扰，实现智能化操作，增加天线的使用质量。

附图说明

[0016]图1为本发明提出的一种超材料智能天线的超材料阵列结构示意图；[0017]图2为本发明提出的一种超材料智能天线的偶极子模型结构示意图；[0018]图3为本发明提出的一种超材料智能天线的偶极子驻波比示意图；[0019]图4为本发明提出的一种超材料智能天线的偶极子方向结构示意图；

[0020]图5为本发明提出的一种超材料智能天线的偶极子水平面方向结构示意图；[0021]图6为本发明提出的一种超材料智能天线的超材料结构示意图；[0022]图7为本发明提出的一种超材料智能天线的侧视结构示意图；[0023]图8为本发明提出的一种超材料智能天线的俯视结构示意图；

[0024]图9为本发明提出的一种超材料智能天线的超材料结构一半透波一半反射时的方向示意图；

[0025]图10为本发明提出的一种超材料智能天线的超材料结构一半透波一半反射时的水平面方向示意图；

[0026]图11为本发明提出的一种超材料智能天线的超材料结构中二极管导通时传输曲线示意图；

[0027]图12为本发明提出的一种超材料智能天线的超材料结构中二极管断开时传输曲线示意图。

具体实施方式

[0028]下面结合具体实施例对本发明作进一步解说。[0029]实施例

[0030]参照图1-12，一种超材料智能天线，包括以下操作步骤：[0031]S1：建立模型：先在三维电磁场仿真软件建立一个2G偶极子模型，如图2，其3D方向如图4，为一个典型的全向方向图，其水平面2D方向如图5，pgi值在150-180，介质基板介电常数3.75，损耗角0.008，金属微带偶极子单臂尺寸30mm*5mm，在2GHz频率此时驻波比小于2，偶极子正常辐射；[0032]S2：设置超材料结构：超材料结构为偶极子长方形阵列结构，如图1，中间位置设置有二极管，以λ/4的半径做一个圆筒，将偶极子至于中心，如图7和图8，将超材料结构中以偶极子平面一分为二，一半二极管接通，另一半二极管断开，实现全透波与全反射一半一半，可以得到图9中的方向图，此时天线由一个360°全向辐射天线变为一个69.1°的定向辐射天线；

[0033]S3：定向覆盖：通过调整每一列超材料结构中二极管的状态，在0-360°范围内任意角度提供定向覆盖，且覆盖波宽可调，制备一个360°可以随意“开关”的反射面；[0034]S4：状态控制：通过控制超材料结构中二极管的导通状态，使得超材料结构在透射和反射之间变化：当结构中二极管导通时，在2G频段该超材料结构显示为反射状态，如图11；当其中二极管断开时，该超材料结构呈透射状态，如图12；[0035]S5：全透射：超材料结构全透射时，从偶极子辐射出来的电磁波全向辐射后，穿透

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超材料结构辐射到自由空间，形成灰色区域的水平全向辐射；[0036]S6：模式转变：将一半二极管导通后，一半的超材料结构由透射模式转变为反射模式，此时该方向上的电磁波沿着入射角镜面反射，形成一个如灰色区域的定向辐射。[0037]以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

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图12

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