專利名稱：一種左手媒質貼片天線的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于通信技術領域，具體涉及左手媒質貼片天線。
背景技術：
大自然中，所有材料的介電常數(shù)和磁導率都為正，這類材料亦被稱作符合右手定 則材料(Right-Handed Material, RHM)，原因是通過該材料電磁場的電場矢量、磁場矢量、 波矢量成右手定則。但是，負介電常數(shù)和負磁導率材料可以通過人工制作而成，人們稱之 為左手媒質或左手材料(Left-Handed Metamaterial，LHM)。它作為一種新型的人工電磁 材料，近年來引起了人們極大的研究興趣，早在1968年，V. G. Veselageo就從理論上研究了 LHM中的反常電磁現(xiàn)象。2000年，smith等人在實驗室首次制造出了微波段的負折射率介 質LHM的反常電磁特性展現(xiàn)了它在光與電磁波領域潛在的重要應用價值。左手媒質具有很 多有異于普通自然材料的反常特性如負折射特性、逆多普勒效應、完美棱境等，利用這些 特性，可以制作基于左手媒質的高性能天線。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明主要提供一種左手媒質貼片天線，能大幅度的反射介質基板中的能量，能 有效地實現(xiàn)更小的回波損耗和較高的增益特性。實現(xiàn)本發(fā)明的技術方案是一種左手媒質貼片天線，包括一個介質基板、一個輻射 金屬片，輻射金屬片固定在介質基板上的一個側面上，一個金屬板接地板，印制在介質基板 的另一側，尺寸和介質基板一樣大、一條金屬饋線，連接金屬輻射片和金屬接地板，作為天 線電波信號的饋入接口、一組左手材料單元，包括兩個橫向孔和一個縱向孔，這三個孔相互 連通形成“工”字型，在縱向孔兩側對稱設有若干個I型孔，刻蝕在介質基板正面的輻射片 周圍。通過改變兩個橫向孔、一個縱向孔和I型孔的長度和寬度，對左手材料特性區(qū)域 的波段進行調節(jié)，使其可以覆蓋微帶天線的工作頻段(2. 45GHZ-5. 8GHZ)。在天線輻射或接 收的電磁波激勵下，放大對天線接收信號中的倏逝波成分，降低天線的回波損耗，提高天線 的增益，改善天線的方向性，提高天線對信號的接收和發(fā)射能力。同時，本發(fā)明中的左手材 料微帶天線是經(jīng)過電路板刻蝕技術實現(xiàn)的，制作工藝簡單，材料價格便宜，易于大規(guī)模的工 業(yè)化生產(chǎn)。本發(fā)明與現(xiàn)有的技術相比，具有如下優(yōu)點本發(fā)明在貼片的介質基板上加入了左 手媒質組合形成貼片天線，左手媒質具有很多有異于普通自然材料的反常特性，如負折射 特性、逆多普勒效應、完美棱境等。利用這些特性在2. 96328GHz頻率處產(chǎn)生的電磁波共振 態(tài)，出現(xiàn)介電常數(shù)和磁導率的實部同時為負值，其折射率也是-1的效應大大加強了電磁波 共振強度，它使得如此的結構對電磁能量的局域化程度有了明顯的提高，并擁有較高增益， 表現(xiàn)為較低的回波損耗，能很好地改善天線的性能，使得該貼片天線在移動通信、衛(wèi)星通信 以及航空航天等眾多領域能更好地得到應用。


下面結合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明作進一步詳細說明。圖1是本發(fā)明左手媒質貼片天線正面結構示意圖；1-介質基板，2-金屬接地板， 3_輻射金屬片，4-金屬饋線，51，52_橫向孔，53-縱向孔，6-1型孔；圖2是本發(fā)明是左手媒質貼片天線橫向孔51，52和縱向孔53組合的“工”字型正 面圖；圖3是本發(fā)明左手媒質貼片天線I型孔6正面圖；圖4是本發(fā)明實例中的回波損耗隨頻率變化分布的示意圖；圖5是本發(fā)明實例中的增益隨角度變化分布的示意圖；圖6是本發(fā)明實例中的駐波比隨頻率變化分布的示意圖。
具體實施例方式采用電路板刻蝕技術，如圖1所示的微帶天線結構中，在介質基板1上分別刻蝕出 金屬接地板2、輻射金屬片3和金屬饋線4，金屬饋線4作為天線的電波信號饋入源。連接 金屬接地板2和輻射金屬片3，在金屬輻射片3周圍的基板上，也刻出兩個橫向孔51，52和 一個縱向孔53，這三個孔相互連通形成“工”字型，在縱向孔53的兩側刻出對稱的若干I型 孔6。本發(fā)明的微帶天線可工作于微波頻段(2. 45GHZ-5. 8GHZ)。介質基板1的厚度可以 相應的調整為6mm-8mm，金屬接地板2的厚度可以相應的調整0. 05mm_0. 07mm,金屬輻射片3 的厚度也可以相應的調整0. 05mm-0. 07mm。兩個橫向孔51，52，一個縱向孔53和I型孔6的 尺寸也可以做相應的調整(圖2、圖3)。長度Ll = 318mm-322mm,L2 = 276mm-280mm, L3 = 103mm-107mm, L4 = 302mm-306mm, L5 = 16mm-17mm,寬度 Dl = 15mm-17mm, D2 = 15mm-17mm, D3 = 3mm-5mm0通過調整I型孔的尺寸參數(shù)實現(xiàn)對左手材料特性區(qū)域的控制，可以使得左手特性 區(qū)域波段包覆天線的工作頻段。通過調整尺寸大小，放大對天線接收信號中的倏逝波成分， 降低天線的回波損耗，提高天線的增益，改善天線的方向性，提高天線對信號的接收和發(fā)射 能力。將上述微帶貼片天線用XFDTD仿真軟件做測試，XFDTD是由美國REMCOM公司開發(fā) 的一款基于電磁數(shù)值計算方法FDTD (時域有限差分法)的全波三維電磁仿真軟件。XFDTD的主要特點1)建立模型和輸入FDTD計算參數(shù)通過下拉菜單彈出的選項卡，系統(tǒng)自動生成 Geometry文件和Project文件。本專利選取介電常數(shù)是10的Taconic CER-10材料。綜觀 整片板材，Taconic制造的材料板厚均勻，介電常數(shù)精確，介電損耗低而均衡。Taconic板材 能經(jīng)受裁板、鉆孔、機械加工、鍍銅和落料等工序。實際上，Taconic板材有很出色的尺寸穩(wěn) 定性，同時也不易與其它化學品材料發(fā)生反應。2)輸出的結果可通過XFDTD的界面顯示。它可以繪制各類參數(shù)曲線，并可以通過 快照方式顯示系列時間步長的電磁場變化。本專利主要觀察回波損耗圖，電壓駐波比圖和 增益圖。
3)在XFDTD中激勵源的設置分為近場源和平面波源兩種激勵。在大多數(shù)天線及微 波環(huán)路問題中經(jīng)常使用近場源激勵，它包括高斯激勵，正弦激勵及用戶自定義等各種激勵 源。本專利采用高斯激勵求得回波損耗和電壓駐波比，用正弦激勵求得增益。4)邊界處理可選擇PEC、PMC和吸收邊界條件，吸收邊界條件包括LIAO氏邊界條 件和完全匹配PML邊界。本專利采用完全匹配PML邊界以達到最好的效果。經(jīng)過仿真得到如圖4所示，得到回波損耗sll特性，在頻率2. 96328GHz處最小回 波損耗 sll 為-27. 249IdB ；如圖5所示，得到增益gain特性，在頻率2. 96328GHz處最大增益為8. 58076dB ；如圖6所示，得到電壓駐波比VSWR特性，在頻率2. 96328GHz處最小電壓駐波比為 1. 09075。本發(fā)明采用電路板刻蝕技術制作天線，天線的中心頻率為2.96328GHz。在尺寸 為360mmX360mmX8mm的Taconic CER-10基板1 (介電常數(shù)是10)上，分別刻蝕出尺寸為 360mmX 360mm的金屬接地板2和尺寸為26mmX 16mm的金屬輻射片3。在金屬輻射片3周 圍的Taconic CER-10基板1上，也刻出兩個橫向孔51，52和一個縱向孔53，這三個孔相互 連通形成“工”字型，在縱向孔53的兩側刻出對稱的若干I型孔6。其中橫向孔51，52長 Ll = 320mm,寬 Dl = 16mm,縱向孔 53 長 L2 = 278mm,寬 D2 = 16mm ；對稱的 I 型孔 6 長 L5 =16mm,寬D3 = 4mm。在輻射金屬片右邊，刻出長168mm，寬4. 7mm的金屬線作為饋線4給 輻射金屬片2饋電，完成天線的制作。
權利要求
一種左手媒質貼片天線，包括介質基板(1)、金屬接地板(2)、金屬輻射片(3)和金屬饋線(4)。金屬接地板(2)固定在介質基板(1)的反面，金屬輻射片(3)固定在介質基板(1)的正面，金屬饋線(4)連接金屬接地板(2)和金屬輻射片(3)。其特征在于在介質基板(1)正面，金屬輻射片(3)周圍刻有兩個橫向孔(51、52)和一個縱向孔(53)，這三個孔相互連通形成工字型，在縱向孔(53)的兩側對稱設有若干個I型孔(6)。
2.根據(jù)權利要求1所述的左手媒質貼片天線，其特征在于，在縱向孔的兩側設有對稱 的兩排I型孔。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種左手媒質貼片天線，該左手媒質貼片天線包括介質基板、金屬接地板，金屬輻射片和金屬饋線，金屬接地板固定在介質基板的反面，金屬輻射片固定在介質基板的正面，金屬饋線連接金屬接地板和金屬輻射片。其特征在于在介質基板正面，金屬輻射片周圍刻有兩個橫向孔和一個縱向孔，這三個孔相互連通形成工字型，在縱向孔的兩側對稱設有若干個I型孔。本發(fā)明在貼片的介質基板上加入了左手媒質組合形成貼片天線，對電磁能量的局域化程度有了明顯的提高，并擁有較高增益，較低的回波損耗，很好地改善了天線的性能，使得該貼片天線在移動通信、衛(wèi)星通信以及航空航天等眾多領域能得到比較廣泛的應用。
文檔編號H01Q1/38GK101976761SQ20101027557
公開日2011年2月16日 申請日期2010年9月7日 優(yōu)先權日2010年9月7日
發(fā)明者夏鵬, 宋雪樺, 陳麗蓮, 陳景柱 申請人:江蘇大學