專利名稱：帶有非對稱結(jié)構(gòu)左手材料的手機(jī)天線介質(zhì)基板的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種手機(jī)天線介質(zhì)基板，特別涉及一種具有雙左手通帶的非對稱結(jié)構(gòu)左手材 料介質(zhì)基板，用這種基板制作的手機(jī)天線可在雙頻段分別提高靈敏度，并改善性能。
背景技術(shù)：
左手材料(LHMs， Left-handed Metamaterials)是一種在某一電磁波響應(yīng)頻段內(nèi)介電常數(shù) 與磁導(dǎo)率同時(shí)為負(fù)值的奇特材料，因在其中傳播的電磁波電場矢量、磁場矢量以及波傳播方 向滿足左手定則而得名。隨后研究發(fā)現(xiàn)周期排布的金屬開口諧振環(huán)(SRRs)和桿在特定頻段 內(nèi)可實(shí)現(xiàn)負(fù)介電常數(shù)與負(fù)磁導(dǎo)率，同時(shí)出現(xiàn)一個(gè)透射通帶即左手通帶。左手材料在無線電通 訊方面的應(yīng)用是利用其對倏逝波的放大效應(yīng)，能將較弱的電磁波信號放大，進(jìn)而增強(qiáng)天線的 靈敏度，改善天線的性能。另外，近期研究發(fā)現(xiàn)利用含有非對稱結(jié)構(gòu)的左手材料可同時(shí)在兩 個(gè)頻段內(nèi)實(shí)現(xiàn)左手效應(yīng)，即其具有雙左手通帶，這一現(xiàn)象將進(jìn)一步拓寬左手材料的應(yīng)用范圍。隨著通訊系統(tǒng)多元化的發(fā)展，通訊設(shè)備所使用的頻段已由單個(gè)變?yōu)閮蓚€(gè)或多個(gè)。例如手 機(jī)使用的是900MHz (GSM規(guī)格)和1800MHz (DCS規(guī)格)兩個(gè)頻道，為此，手機(jī)上所使 用的天線亦已由單頻天線改為可支持雙頻系統(tǒng)的雙頻天線，該種雙頻天線多采用平板內(nèi)置式 天線，考慮到這種天線自身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，致使雙頻天線有增益較低、方向性較差、有導(dǎo)體和 介質(zhì)損耗、輻射效率較低等缺點(diǎn)。通常使用一種器件或材料只能簡單的提高天線在某一頻段 內(nèi)的性能，而要在雙頻段內(nèi)同時(shí)提高天線的性能，則變得較為復(fù)雜。如何簡單有效的提高雙 頻天線增益，并改善其性能，成為現(xiàn)在研究的一個(gè)熱點(diǎn)問題。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的就是提供一種具有雙左手通帶的非對稱結(jié)構(gòu)左手材料介質(zhì)基板，用這種基 板制作的手機(jī)天線可在兩個(gè)工作頻段內(nèi)對電磁波中的倏逝波進(jìn)行有效放大，并使倏逝波參與 天線對信號的福射和接收工作，從而提高手機(jī)雙頻天線的輻射效率，改善手機(jī)雙頻天線的增益。本發(fā)明中的手機(jī)天線介質(zhì)基板是由采用多層電路板刻蝕技術(shù)制作的左手材料疊合加壓而 成，其中左手材料為一種非對稱結(jié)構(gòu)左手材料，是通過在周期性排列的金屬線與金屬諧振環(huán)中引入不等行間距的金屬諧振環(huán)而制得。通過調(diào)節(jié)局部金屬諧振環(huán)的行問距可使這種非對稱 結(jié)構(gòu)左手材料產(chǎn)生雙左手通帶〔如附圖3所示)，其中金屬諧振環(huán)的基本單元尺寸相同，但形 狀可具有多樣性，本發(fā)明使用四邊形開口諧振多環(huán)、六邊形開「]諧振多環(huán)、螺旋形諧振環(huán)(如 附圖2所示)是為了減小左手材料有效尺寸。工作在左手特性區(qū)域的電磁波信號會(huì)得到有效 放大，適當(dāng)調(diào)節(jié)金屬諧振環(huán)的幾何參數(shù)和行間距，可使非對稱結(jié)構(gòu)左手材料的兩個(gè)通帶分別 涵蓋雙頻天線的第-一和第二工作頻段，從而達(dá)到增強(qiáng)雙頻天線靈敏度，改善雙頻天線性能的 目的。對于現(xiàn)有的平板內(nèi)置式雙頻手機(jī)天線(附圖1所示)，只需使用一種非對稱結(jié)構(gòu)左手材料 介質(zhì)基板，就可同時(shí)提高低頻900MHz和高頻1800MHz兩種天線對電磁波信號的接收和發(fā)射 能力。附衝說明圖1平板內(nèi)置式手機(jī)天線示意圖及其中單層左手材料介質(zhì)基板示意2諧振環(huán)基本單元及幾何參數(shù)圖3非對稱結(jié)構(gòu)左手材料樣品的微波透射曲線圖4中間層不同行間距諧振環(huán)的結(jié)構(gòu)示意圖具體實(shí)施方式
本發(fā)明采用電路板刻蝕技術(shù)在厚度為0.25~1.20mm基板的兩面分別刻蝕金屬諧振環(huán)和等 間距排布的金屬線，刻蝕基板層數(shù)為三層，其中上下兩層的金屬諧振環(huán)是周期排布的，而中 間層的金屬諧振環(huán)是不等行間距H排列的，在每兩層刻蝕基板間加入一層空白介質(zhì)基板，并 將其疊合加壓成整塊，從而制得含有非對稱結(jié)構(gòu)的左手材料介質(zhì)基板。由于手機(jī)天線的工作 頻率存在第一和第二兩個(gè)頻段，所以需設(shè)計(jì)諧振環(huán)的幾何尺寸并調(diào)節(jié)中間層的行間距H使該種左手材料的兩個(gè)左手特性頻率段分別覆蓋手機(jī)天線的低頻900MHz和高頻1800MHz兩個(gè)頻率段。本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)過程由實(shí)施例和


實(shí)施例一采用電路板刻蝕技術(shù)制作左手材料介質(zhì)基板1，其具體制備過程如實(shí)施方式所述，本實(shí) 施例所用的左手材料結(jié)構(gòu)單元為金屬銅六邊形開口諧振四環(huán)與金屬銅線，其中金屬銅可用金、
銀、鋅、錫等余屬替代。在一層厚度為0.25 L20mm的聚四氟乙烯介質(zhì)基板(s=2.6) —面刻 蝕開口諧振四環(huán)，其幾何尺寸為最外層環(huán)的內(nèi)切圓直徑D-5.50mm，相鄰環(huán)間距cH).80mm， 開口 g=0.30mm，線寬c二().50誦，厚度為0.02mm;另一面刻蝕金屬線，其幾何尺寸線寬 c,.50 0.90mm，厚度為0.02mm，金屬線上下端距離基板邊沿均為l=2.50mm;行間距 H0=7.00mm，列間距a=10.00mm，層間距b=l.00 5.00mm。上下兩層的環(huán)是3列8行；中間 層的環(huán)為3列7行(如附圖4 (a)所示)，其中第三行和第四行環(huán)的行間距H產(chǎn)10.50mm。這 種左手材料的兩個(gè)左手通帶的中心頻率分別為900MHz、 1800MHz (如附圖3聽示)，可分別 覆蓋手機(jī)天線的第一和第二工作頻段。 實(shí)施例二采用電路板刻蝕技術(shù)制作左手材料介質(zhì)基板1，其具體制備過程如實(shí)施方式所述，本實(shí) 施例所用的左手材料結(jié)構(gòu)單元為金屬銅六邊形開口諧振六環(huán)與金屬銅線，其中金屬銅可用金、 銀、鋅、錫等金屬替代。在一層厚度為0.25 1.20mm的聚四氟乙烯介質(zhì)基板(s=2.6) —面刻 蝕開口諧振六環(huán)，其幾何尺寸為最外層環(huán)的內(nèi)切圓直徑D-5.20mm，相鄰環(huán)間距d=0.40mm， 開口 g=0.25mm，線寬c=0.30mm，厚度為0.02mm;另一面刻蝕金屬線，其幾何尺寸線寬 c=0.50 0.90mm，厚度為0.02rnm，金屬線上下端距離基板邊沿均為l=2.50mm;行間距 H0=6.30mm，列間距a二9.00mm，層間距b=1.00 5.00mm。上下兩層的環(huán)是3列9行；中間層 的環(huán)為3列8行(如附圖4 (b)所示)，其中第三行和第四行環(huán)的行間距H尸9.45mm，第五 行和第六行環(huán)的行間距H2=9.45mm。這種左手材料的兩個(gè)左手通帶的中心頻率分別為 900MHz、 1800MHz，可分別覆蓋手機(jī)天線的第一和第二工作頻段。實(shí)施例三采用電路板刻蝕技術(shù)制作左手材料介質(zhì)基板1，其具體制備過程如實(shí)施方式所述，本實(shí) 施例所用的左手材料結(jié)構(gòu)單元為金屬銅六邊形開口諧振六環(huán)與金屬銅線，其中金屬銅可用金、 銀、鋅、錫等金屬替代。在一層厚度為0.25~1.20皿的聚四氟乙烯介質(zhì)基板(￡=2.6) —面刻 蝕開口諧振六環(huán)，其幾何尺寸為最外層環(huán)的內(nèi)切圓直徑D-4.85mm，相鄰環(huán)間距d=0.25mm， 開口 g-0.10mm，線寬c=0.15mm，厚度為0.02mm;另一面刻蝕金屬線，其幾何尺寸線寬 c=0.50 0.90mm，厚度為0.02mm，金屬線上下端距離基板邊沿均為l=2.50mm;行間距 H:0=5.70mm，列間距a-8.00mm，層間距b=1.00 5.00mm。上下兩層的環(huán)是4列9行；中間層 的環(huán)為4列8行(如附圖4 (c)所示)，其中第二行和第三行環(huán)的行間距H尸8.55mm，第五 行和第六行環(huán)的行間距H2=8.55mm。這種左手材料的兩個(gè)左手通帶的中心頻率分別為 900MHz、 1800MHz,可分別覆蓋手機(jī)天線的第一和第二工作頻段。
實(shí)施例四采用電路板刻蝕技術(shù)制作左手材料介質(zhì)基板1，其具體制備過程如實(shí)施方式所述，本實(shí) 施例所用的左手材料結(jié)構(gòu)單元為金屬銅六邊形開口諧振六環(huán)與金屬銅線，其中金屬銅可用金、銀、鋅、錫等余屬替代。在一層厚度為0.25 1.20mm的環(huán)氧玻璃布介質(zhì)基板(￡=4.6) —面刻 蝕開口諧振六環(huán)，其兒何尺寸為最外層環(huán)的內(nèi)切圓直徑D-4.37mm，相鄰環(huán)間距d-0.20mm， 丌口 g=0.10mm，線寬c=0.13mm.厚度為0.02誰;另一面刻蝕金屬線，其幾何尺寸:線寬 c=0.50 0.90mni，厚度為0.02mm ，金屬線上下端距離基板邊沿均為l=2.50mm;行間距 H0=5.00mm,列間距a二7.00mm，罷間距b=1.00 5.00mm。上下兩層的環(huán)是4列12行；中間 層的環(huán)為4列10行(如附圖4 (d)所示)，其中第三行和第四行環(huán)的行間距H產(chǎn)7.50mm,第 七行和第八行環(huán)的行間距H2=7.50mm，第五行和第六行環(huán)的行間距H3=10.00mm。這種左手 材料的兩個(gè)左手通帶的中心頻率分別為900MHz、 1800MHz,可分別覆蓋手機(jī)天線的第一和 第二工作頻段。實(shí)施例五采用電路板刻蝕技術(shù)制作左手材料介質(zhì)基板1，其具體制備過程如實(shí)施方式所述，本實(shí) 施例所用的左手材料結(jié)構(gòu)單元為金屬銅四邊形開口諧振六環(huán)與金屬銅線，其中金屬銅可用金、銀、鋅、錫等金屬替代。在一層厚度為0.25 L20mm的環(huán)氧玻璃布介質(zhì)基板(￡=4.6) —面刻 蝕四邊形開口諧振六環(huán)，其幾何尺寸為最外層環(huán)的內(nèi)切圓直徑D=4.25mm，相鄰環(huán)間距 d=0.30mm，開口 g=0.10mm，線寬c=:0.15mm，厚度為0.02mm;另一面刻蝕金屬線，其幾何 尺寸線寬c=0.50~0.90mm，厚度為0.02mm，金屬線上下端距離基板邊沿均為l=2.50mm; 行間距H0=4.80mm，列間距a=6.8()mm，層間距b=1.00 5.00mm。上下兩層的環(huán)是4列12行； 中間層的環(huán)為4列10行(如附圖4 (e)所示)，其中第三行和第四行環(huán)、第五行和第六行環(huán) 的行間距H「7.20mm,第八行和第九行環(huán)的行間距H2=7.20mm。這種左手材料的兩個(gè)左手通 帶的中心頻率分別為900MHz、 1800MHz，可分別覆蓋手機(jī)天線的第一和第二工作頻段。實(shí)施例六采用電路板刻蝕技術(shù)制作左手材料介質(zhì)基板1，其具體制備過程如實(shí)施方式所述，本實(shí) 施例所用的左手材料結(jié)構(gòu)單元為金屬銅螺旋形諧振環(huán)與金屬銅線，其中金屬銅可用金、銀、 鋅、錫等金屬替代。在一層厚度為0.25 1.20mm的環(huán)氧玻璃布介質(zhì)基板(￡=4.6) —面刻蝕螺 旋環(huán)，其幾何尺寸為最外層環(huán)的內(nèi)切圓直徑D=6.00mm，相鄰環(huán)間距d=0.70mm，開口 g=0.30mm，線寬c-0.40mm，厚度為0.02mm;另一面刻蝕金屬線，其幾何尺寸線寬 c=0.50~0.90mm，厚度為0.02mm，金屬線上下端距離基板邊沿均為l=2.50mm;行間距H0=8.00mm.列間距a-11.00mm，層間距b=1.00 5.00mm。上下兩層的環(huán)是3列6行；中間 層的環(huán)為3列5行(如附圖4 (.f)所示)，其中第二行和第三行環(huán)的行間距Hfl2.00mm。這 種左手材料的兩個(gè)左手通帶的中心頻率分別為9()0M:Hz、 1800MHz，可分別覆蓋手機(jī)天線的 第一和第二工作頻段。以上所述，僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，當(dāng)不能以此限定本發(fā)明實(shí)施的范圍，即大凡 依本發(fā)明權(quán)利要求及發(fā)明說明書內(nèi)容所作的簡單的等效變化與修飾，皆應(yīng)仍屬本發(fā)明專利覆蓋的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種手機(jī)天線介質(zhì)基板，該手機(jī)天線介質(zhì)基板由采用多層電路板刻蝕技術(shù)制作的非對稱結(jié)構(gòu)左手材料疊合加壓而成，其主要特征是在周期性排列的金屬線與金屬諧振環(huán)中引入不等行間距H的諧振環(huán)，通過調(diào)節(jié)行間距H使非對稱結(jié)構(gòu)左手材料的雙左手透射通帶分別覆蓋手機(jī)天線低頻900MHz和高頻1800MHz工作頻段。
2. 如權(quán)利要求l所述的金屬開諧振環(huán)，其特征是諧振環(huán)的結(jié)構(gòu)形狀具有多樣性，如四邊 形開口諧振多環(huán)、六邊形開口諧振多環(huán)、螺旋形諧振環(huán)。
3. 如權(quán)利要求1所述的左手材料，其結(jié)構(gòu)參數(shù)為基板厚度為0.25 1.20mm，基板層數(shù) 為3，其一面刻蝕金屬諧振環(huán)，外層環(huán)的內(nèi)切圓直徑D=4.25~6.00mm，相鄰環(huán)間距 d=0.20~0.80mm，開口 g=0.10 0.30mm,線寬c=0.13~0.50mm，厚度為0.02mm;另一 面刻蝕金屬線，其幾何尺可線寬c=0.50~0.90mm，厚度為0.02mm，金屬線上下端 距離基板邊沿均為l=2.50mm;行間距Ho=4.80~8.00mm，列間距a=6.80 11.00mm，層 間距b-1.00 5.00mm
4. 如權(quán)力要求1所述的非對稱結(jié)構(gòu)左手材料，其中諧振環(huán)的結(jié)構(gòu)分布有六種(1) 上下兩層的環(huán)是3列8行；中間層的環(huán)為3列7行，其中第三行和第四行環(huán)的行間 距H產(chǎn)10.50mm ;(2) 上下兩層的環(huán)是3列9行；中間層的環(huán)為3列8行，其中第三行和第四行環(huán)的行間 距H尸9.45mm，第五行和第六行環(huán)的行間距H2=9.45mm;(3) 上下兩層的環(huán)是4列9行；中間層的環(huán)為4列8行，其中第二行和第三行環(huán)的行間 距H產(chǎn)8.55mm，第五行和第六行環(huán)的行間距H2=8.55mm;(4) 上下兩層的環(huán)是4列12行；中間層的環(huán)為4列10行，其中第三行和第四行環(huán)的行 間距H尸7.50mm，第七行和第八行環(huán)的行間距H2=7.50mm，第五行和第六行環(huán)的 行間距HflO.OOmm;(5) 上下兩層的環(huán)是4列12行；中間層的環(huán)為4列10行，其中第三行和第四行環(huán)、第 五行和第六行環(huán)的行間距H尸7.20mm，第八行和第九行環(huán)的行間距H2==7.20mm;(6) 上下兩層的環(huán)是3列6行；中間層的環(huán)為3列5行，其中第二行和第三行環(huán)的行間 足巨H產(chǎn)12.00mm。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種手機(jī)天線介質(zhì)基板，具體來說涉及一種帶有非對稱結(jié)構(gòu)左手材料的雙頻手機(jī)天線介質(zhì)基板，該左手材料具有雙左手透射通帶，是通過引入不等行間距的金屬諧振環(huán)制得。本發(fā)明利用非對稱結(jié)構(gòu)左手材料的雙左手通帶分別對手機(jī)天線的低頻900MHz和高頻1800MHz兩個(gè)工作頻段內(nèi)電磁波中的倏逝波進(jìn)行有效放大，并使倏逝波參與天線對信號的輻射和接收工作，從而提高手機(jī)天線的輻射效率，改善手機(jī)天線的增益。
文檔編號H01Q15/00GK101162800SQ20061010471
公開日2008年4月16日 申請日期2006年10月10日 優(yōu)先權(quán)日2006年10月10日
發(fā)明者娟 宋, 趙曉鵬 申請人:西北工業(yè)大學(xué)