專利名稱：C波段樹枝狀結(jié)構(gòu)左手材料微帶天線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種微帶天線，具體來說，涉及一種C波段(4GHz 8GHz)的利用樹枝
狀結(jié)構(gòu)左手材料改善天線性能的新型天線。
背景技術(shù)：
普通的微帶天線是由具有一定厚度的介質(zhì)基片、導(dǎo)體接地板及輻射貼片三部分組 成。 一般情況下，采用同軸線或微帶線饋電，在輻射貼片和導(dǎo)體接地板之間激勵起電磁場， 并通過貼片與導(dǎo)體接地板之間的縫隙向外輻射電磁波能量。與其它天線相比，微帶天線有很 多優(yōu)點體積小、重量輕、剖面低、易于做成平面結(jié)構(gòu)；成本低；通過簡單饋電易于實現(xiàn)線 極化和圓極化；天線的散射接口較??；易于實現(xiàn)雙頻雙極化等等。因而被廣泛應(yīng)用于衛(wèi)星通 訊和便攜式電子裝置。但是微帶天線自身的結(jié)構(gòu)特點，導(dǎo)致其也存在一些缺點頻帶窄；有 導(dǎo)體和介質(zhì)損耗，因而增益較低；功率容量較??；饋線與輻射元之間的隔離差；可能存在表 面波；性能受基片材料影響大。
近幾年，左手材料的提出，有望應(yīng)用于探測器、隱身材料、微波器件、天線等方面。左 手材料(left-handedmetamaterials)是一種新型周期結(jié)構(gòu)的人工電磁媒質(zhì)，其介電常數(shù)和磁導(dǎo) 率在諧振頻段同時為負(fù)，該媒質(zhì)中傳播的電磁波的電場E、磁場H以及波矢量k三者構(gòu)成左 手關(guān)系，具有許多奇異的光學(xué)和電磁學(xué)性能，如負(fù)折射率，完美透鏡效應(yīng)，反常Doppler效 應(yīng)、反常Cherenkov效應(yīng)等，特別是左手材料中能流方向和波矢方向恰好相反，以指數(shù)級數(shù) 衰減的倏逝波進入左手材料中將變?yōu)橹笖?shù)增強場，實現(xiàn)對倏逝波的放大。因此，在無線電通 信、濾波器、衛(wèi)星反向天線、超敏感傳感器和探測系統(tǒng)等領(lǐng)域?qū)⒂泻芎玫膽?yīng)用前景
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種C波段樹枝狀結(jié)構(gòu)左手材料微帶天線，利用左手材料對 電磁波中的倏逝波有效放大，使倏逝波參與天線對信號的輻射和接收工作，從而達(dá)到提高天 線的輻射效率，改善天線增益的目的。本發(fā)明的左手材料微帶天線包括介質(zhì)基板；金屬接 地板；金屬輔射貼片；SMA同軸接頭和周期性排列的樹枝狀結(jié)構(gòu)左手材料單元陣列。用于本 發(fā)明的樹枝狀結(jié)構(gòu)左手材料僅由一種樹枝狀結(jié)構(gòu)單元組成，可以同時實現(xiàn)負(fù)介電常數(shù)和負(fù)磁 導(dǎo)率。通過改變樹枝參數(shù)，使樹枝結(jié)構(gòu)的左手行為位于微帶天線的中心工作頻率。本發(fā)明所 使用的樹枝狀結(jié)構(gòu)左手材料與天線的制備方法一樣，均采用電路板刻蝕技術(shù)，與微帶天線一體成型，制備簡單，成本低廉。
圖1 本發(fā)明的樹枝狀結(jié)構(gòu)左手材料結(jié)構(gòu)單元示意圖
圖2 本發(fā)明實施例一的樹枝狀結(jié)構(gòu)左手材料微帶天線結(jié)構(gòu)示意圖
圖3 本發(fā)明實施例一的樹枝狀結(jié)構(gòu)左手材料微帶天線回波損耗示意圖
圖4本發(fā)明實施例一的樹枝狀結(jié)構(gòu)左手材料微帶天線遠(yuǎn)場方向圖(E面)
圖5本發(fā)明實施例一的樹枝狀結(jié)構(gòu)左手材料微帶天線遠(yuǎn)場方向圖(H面)
具體實施方式
采用電路板刻蝕技術(shù)制備樹枝狀結(jié)構(gòu)左手材料微帶天線，基板材料可以用聚 四氟乙烯、聚乙烯、環(huán)氧玻璃布。 一定形狀的金屬輻射貼片，另一面完全為金屬，作為天線 接地板。采用同軸饋電，SMA同軸接頭連接金屬輻射片和金屬接地板，并作為天線的信號饋 入源。在輻射貼片周圍的空白介質(zhì)基板上刻蝕周期排列的金屬樹枝狀結(jié)構(gòu)單元陣列，制備成 樹枝狀結(jié)構(gòu)左手材料微帶天線。樹枝從中心向外圍的各級分支長度分別為 一級分支長度a =3mm 5.4mm， 二級分支長度b=1.4mm 2.5mm，三級分支長度c= 1.4mm 2.5mm，相鄰 兩個一級分支間夾角為e,-20。 80。，相鄰兩個二級分支間夾角為e2=20° 80°，相鄰兩個 三級分支間夾角為03二20°~80°，線寬wK).2mm 1.5mm，單元晶格常數(shù)d二 13.4mm 24mm， 所有金屬厚度t二0.02mm 0.05mm。圖1是樹枝狀結(jié)構(gòu)左手材料的結(jié)構(gòu)單元。
本發(fā)明的實現(xiàn)過程和材料的性能由實施例和
實施例一
采用電路板刻蝕技術(shù)，制作中心工作頻率為4.87GHz的樹枝狀結(jié)構(gòu)左手材料微帶天線， 如圖2所示。選用面積為100mmxl00mm，厚度為1.5mm的聚四氟乙烯材料(s=2.65)作為 天線的介質(zhì)基板l，介質(zhì)基板l一側(cè)的金屬銅輻射貼片2的大小為22.5mmxl7.8mm，另一面 完全為金屬銅，作為接地板3，采用同軸饋電，SMA同軸接頭4連接金屬輻射貼片2和金屬 接地板3，并作為天線的信號饋入源。在輻射貼片的周圍刻蝕周期排列的金屬銅樹枝狀結(jié)構(gòu) 單元陣列5，對于本實施例微帶天線，樹枝狀結(jié)構(gòu)的幾何尺寸為 一級分支長度a-5mm， 二 級分支長度b二2.3mm，三級分支長度c二2.3mm，相鄰兩個一級分支間夾角為e, =45°，相鄰 兩個二級分支間夾角為92二45°，相鄰兩個三級分支間夾角為e3=45°，線寬w-0.8mm，晶格常數(shù)d=22.4mm，金屬厚度t=0.03mm。圖3是本實施例樹枝狀結(jié)構(gòu)左手材料微帶天線的回 波損耗曲線，在4.87GHz， Su的峰值為-30.03dB。圖4、圖5分別是本實施例樹枝狀結(jié)構(gòu)左 手材料微帶天線的E面和H面遠(yuǎn)場方向圖。
實施例二
與實施例一相似，采用電路板刻蝕技術(shù)制作中心工作頻率為5.85GHz的樹枝狀結(jié)構(gòu)左手 材料微帶天線。選用面積為80mmx80mm，厚度為lmm的聚乙烯材料(e=2.3)作為天線的 介質(zhì)基板，介質(zhì)基板一側(cè)的金屬銅輻射貼片大小為17.2mmxl5.4mm，另一面完全為金屬銅， 作為天線接地板，采用同軸饋電，SMA同軸接頭連接金屬輻射貼片和金屬接地板，并作為天 線的信號饋入源。在輻射貼片的周圍刻蝕周期排列的金屬樹枝狀結(jié)構(gòu)單元陣列。銅表面鍍錫 防止氧化。對于本實施例工作頻率為5.85GHz的微帶天線，樹枝狀結(jié)構(gòu)的幾何尺寸為 一級 分支長度a二4.4mm， 二級分支長度b二2mm，三級分支長度c = 2mm，相鄰兩個一級分支間 夾角為0i二45。，相鄰兩個二級分支間夾角為62=45°，相鄰兩個三級分支間夾角為63=45°， 線寬w^0.5mm，晶格常數(shù)d= 19.7mm，金屬厚度t=0.03mm。
實施例三
與實施例一和二相似，采用電路板刻蝕技術(shù)制作中心工作頻率為7.66GHz的樹枝狀結(jié)構(gòu) 左手材料微帶天線。選用面積為50mmx50mm，厚度為0.8mm的環(huán)氧玻璃布材料(e =4.6) 作為天線的介質(zhì)基板，介質(zhì)基板一側(cè)的金屬銅輻射貼片大小為10mmx7.7mm，另一面完全為 金屬銅，作為天線接地板，采用同軸饋電，SMA同軸接頭連接金屬輻射貼片和金屬接地板， 并作為天線的信號饋入源。在輻射貼片的周圍刻蝕周期排列的金屬樹枝狀結(jié)構(gòu)單元數(shù)組。銅 表面鍍銀防止氧化。對于本實施例工作頻率為7.66GHz的微帶天線，樹枝狀結(jié)構(gòu)的幾何尺寸 為 一級分支長度a=2.7mm， 二級分支長度b二 1.2mm，三級分支長度c= 1.2mm，相鄰兩個 一級分支間夾角為9i二45。，相鄰兩個二級分支間夾角為e2=45°，相鄰兩個三級分支間夾角 為63=45°，線寬w-0.3mm，晶格常數(shù)d二12mm，金屬厚度t二0.03mm。
以上所述，僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例，當(dāng)不能以此限定本發(fā)明實施的范圍，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C波段(4GHz～8GHz)樹枝狀結(jié)構(gòu)左手材料微帶天線，組成包括介質(zhì)基板、金屬輻射貼片、金屬接地板、SMA同軸接頭，其主要特征是在普通微帶天線的貼片周圍刻蝕周期排列的金屬樹枝狀結(jié)構(gòu)單元陣列。
2. 如權(quán)利要求1所述的C波段樹枝狀結(jié)構(gòu)左手材料微帶天線，其特征是用于微帶天線的金 屬樹枝狀結(jié)構(gòu)左手材料的單元幾何參數(shù)為 一級分支長度a二3mm 5.4mm， 二級分支長 度b二1.4 2.5mm,三級分支長度c= 1.4mm 2.5mm,相臨兩個一級分支間夾角為9,= 20° 80。，相臨兩個二級分支間夾角為e2 = 20° 80°,相臨兩個三級分支間夾角為93 = 20° 80°，線寬w=0.2mm 1.5mm，單元晶格常數(shù)d= 13.4mm 24mm，所有金屬厚度t =0,02mm~0.05mm。
3. 如權(quán)利要求1所述的C波段樹枝狀結(jié)構(gòu)左手材料微帶天線，其特征是所用介質(zhì)基板為聚 四氟乙烯、聚乙烯、環(huán)氧玻璃布；所用金屬材料為銅、銅鍍錫、銅鍍銀。
4. 如權(quán)利要求1所述的C波段樹枝狀結(jié)構(gòu)左手材料微帶天線，其特征在于制作過程包括(1) 采用電路板刻蝕技術(shù)，在介質(zhì)基板兩側(cè)分別刻蝕出金屬接地板和金屬輻射貼片，并在 金屬輻射貼片周圍刻蝕出周期排列的樹枝狀結(jié)構(gòu)左手材料單元陣列。(2) 選取合適的饋點，并在饋點處用SMA接頭連接金屬輻射貼片和金屬接地板，天線制 作完成。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種C波段(4GHz～8GHz)的微帶天線，具體來說涉及一種利用樹枝狀結(jié)構(gòu)左手材料改善天線性能的微帶天線，其結(jié)構(gòu)包括介質(zhì)基板；金屬接地板；金屬輻射貼片；SMA同軸接頭和周期排列的金屬樹枝狀結(jié)構(gòu)左手材料單元陣列。通過利用左手材料對電磁波中的倏逝波有效放大，使倏逝波參與天線對信號的輻射和接收工作，從而達(dá)到提高天線的輻射效率，改善天線增益的目的。本發(fā)明所使用的樹枝狀結(jié)構(gòu)左手材料與天線的制備方法一樣，均采用電路板刻蝕技術(shù)，與微帶天線一體成型，制備簡單，成本低廉。
文檔編號H01Q13/08GK101540436SQ20081001772
公開日2009年9月23日 申請日期2008年3月17日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月17日
發(fā)明者劉亞紅, 寧 紀(jì), 趙曉鵬 申請人:西北工業(yè)大學(xué)