專利名稱：寬帶高增益平板維瓦爾第天線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型是一種用于微波頻段寬帶高增益的天線，屬于天線和新型人工電磁材料領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
本實用新型中的新型人工電磁材料(Metamaterials)是一種可以人工設(shè)計、滿足特定等效介電常數(shù)和磁導(dǎo)率要求的電磁材料。經(jīng)過十多年的發(fā)展，新型人工電磁材料得到了長足的發(fā)展，在隱身、天線工程等方面都有廣泛的應(yīng)用。維瓦爾第天線是一種開口按照指數(shù)漸變分布的槽線天線。由于其制造簡單、體積小，同時帶寬很寬，所以在實際工程中有很廣的應(yīng)用。但是，這種天線的定向性較差。對其定向性的改善以前的做法是組成天線陣列、 采用PBG基板等，但這些方式都比較復(fù)雜而且代價較高。漸變各向異性零折射率材料由于其具有奇特的性質(zhì)和比較寬的工作頻帶，可以和維瓦爾第天線有機地結(jié)合，在很寬的頻帶內(nèi)很好地提高維瓦爾第天線的定向性和增益。所以本發(fā)明具有很高的應(yīng)用價值。
發(fā)明內(nèi)容技術(shù)問題本實用新型的目的是提供一種基于漸變各向異性零折射率材料的寬帶高增益平板維瓦爾第天線。這種漸變各向異性零折射率材料可以在較寬頻帶內(nèi)很好地提高維瓦爾第天線的性能。在維瓦爾第天線開口處放置沿開口方向電極化的漸變新型人工電磁材料，使其在該方向多個頻點上產(chǎn)生等效的零介電常數(shù)，從而在寬帶內(nèi)使天線具有高定向性和增益。同時，該天線和新型人工材料具有很好的融合性，制作方便、使用簡單、占用空間小，因此具有很高的實用價值。技術(shù)方案本實用新型的寬帶高增益平板維瓦爾第天線以介質(zhì)基板為載體，在介質(zhì)基板的一平面覆有開口呈喇叭狀的銅箔，在喇叭狀開口處設(shè)有一系列不同臂長(my)彎曲線人工單元構(gòu)成的漸變各向異性材料。所述的漸變各向異性材料沿著垂直于天線平面方向兩側(cè)放置多個，構(gòu)成多層的漸變各向異性材料。所述的彎曲線人工單元的臂長(my)在小范圍內(nèi)改變，可構(gòu)建介電常數(shù)接近于零的漸變各向異性零折射率材料。以此來提高維瓦爾第天線的性能。所述的漸變各向異性材料，在所設(shè)計的較寬的頻帶內(nèi)沿開口方向(X方向)的等效介電常數(shù)為零或接近于零，即此方向的折射率為零或接近于零。有益效果與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的優(yōu)勢1.本實用新型制作簡單，加工方便。單層的零折射率材料可以和維瓦爾第天線一起加工，多層的也只是在此基礎(chǔ)上多加幾層。以前的技術(shù)(如組成天線陣列、PBG基板等方式)操作繁瑣，并且價格昂貴。2.本實用新型具有寬帶特性。漸變零折射率可以有效地提高這種零折射率材料的工作帶寬，進而和維瓦爾第天線本身的超寬帶屬性很好地結(jié)合起來，有效地提高天線性能。[0011]3.本實用新型同時具備便攜、重量輕、容易集成等優(yōu)點。漸變各向異性零折射率材料和維瓦爾第天線都具有這些優(yōu)勢，兩者結(jié)合很好地保持了這些優(yōu)點。

圖1是基于單層漸變各向異性零折射率材料的維瓦爾第天線結(jié)構(gòu)示意圖。漸變的零折射率材料和原始的維瓦爾第天線放在了同一塊基板上。開口處放置沿著開口方向(X 方向)漸變的不同彎曲線單元構(gòu)成的零折射率材料。圖2是基于多層漸變各向異性零折射率材料的維瓦爾第天線結(jié)構(gòu)示意圖。在圖1 的基礎(chǔ)上，沿著垂直于天線平面兩側(cè)放置多個和漸變各向異性材料3類似的這種零折射材料。圖3是本實用新型中使用的彎曲線結(jié)構(gòu)單元。漸變各向異性材料3就是由許多這種不同臂長 構(gòu)成的。圖4是本發(fā)明彎曲線基本單元的等效介電常數(shù)，其中ε 方向上的等效介電常數(shù)。當(dāng) my = 2. 7mm, 2. 4mm 和 2. Imm 時，ε x 分別在 10GHz，10. 8GHz 禾Π 11. 85GHz 等于零。 ε χ絕對值小于0. 2時，可得到9. 5GHz——12. 5GHz的工作帶寬。圖5 圖9是原始維瓦爾第天線、基于單層漸變零折射率材料和多層漸變零折射率材料的維瓦爾第天線的E面方向性圖。圖5、圖6、圖7、圖8、圖9分別對應(yīng)是9. 5GHz， IOGHz, 10. 5GHz, 11. 85GHz和12. 5GHz時方向圖的改善情況。圖中有銅箔1、介質(zhì)基板2、漸變各向異性材料3、彎曲線人工單元4。
具體實施方式
沿著χ開口方向，漸變各向異性零折射率材料具有多頻點等效的零介電常數(shù)，在y 方向上的等效介電常數(shù)為1。通過一定的設(shè)計，這種各向異性材料可以在χ傳播方向上保持阻抗匹配，同時在多頻點上使等效介電常數(shù)和折射率為零。這種方式既增強了波束的定向性和增益，又減小了損耗。原始的維瓦爾第天線具有容易制造、集成、寬頻帶、便攜等優(yōu)點。 將這兩者結(jié)合起來，具有很強的實際應(yīng)用價值。(3)中的單元臂長 沿1方向是逐漸變化的，以此來有效地提高工作帶寬。本實用新型由原始的維瓦爾第天線和漸變各向異性材料組成。根據(jù)天線需要的工作頻段，設(shè)計漸變的彎曲線單元，使其在這個頻段都具有比較小的等效介電常數(shù)。結(jié)合維瓦爾第天線，除了保持原有天線的制造簡單、便攜等優(yōu)勢外，天線的定向性、增益等指標都有很大提高，且多層的效果比單層的要好很多。同時，漸變特性很大地提高了天線的工作帶
覓ο該天線以介質(zhì)基板2為載體，在介質(zhì)基板2的一平面覆有開口呈喇叭狀的銅箔1， 在喇叭狀開口處設(shè)有一系列不同臂長m/彎曲線人工單元4構(gòu)成的漸變各向異性材料3。所述的漸變各向異性材料3沿著垂直于天線平面方向兩側(cè)放置多個，構(gòu)成多層的漸變各向異性材料。實驗結(jié)果顯示，在9. 5GHz至12. 5GHz范圍內(nèi)基于漸變各向異性零折射率材料的維
瓦爾第天線都有很好性能，其定向性和增益均有顯著提高。具體指標如下表所示。天線類型9. 5GHzIOGHz10. 5GHz11.85GHz12.5GHz原始的維瓦爾第9.9006dB9. 9183dB10.1339dB8.1108dB7.9840dB單層的情況12.1338dB12.9883dB12.8662dB10.6977dB9. 2657dB多層的情況12.9238dB13.7635dB13.9625dB12.7683dB11. 7303dB表1測試的天線增益
天線類型9.5GHzIOGHz10. 5GHz11. 85GHz12.5GHz原始的維瓦爾第40. 5°48. 4°48. 7°55. 8°54. 6°單層的情況24°27°36°26. 6°29. 2°多層的情況24°23. 2°26°18°17. 6° 表2測試的天線半功率帶寬
權(quán)利要求1.一種寬帶高增益平板維瓦爾第天線，其特征在于該天線以介質(zhì)基板(2)為載體，在介質(zhì)基板O)的一平面覆有開口呈喇叭狀的銅箔(1)，在喇叭狀開口處設(shè)有一系列不同臂長(Hiy)彎曲線人工單元⑷構(gòu)成的漸變各向異性材料(3)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于漸變各向異性零折射率材料的寬帶高增益平板維瓦爾第天線，其特征在于所述的漸變各向異性材料(3)沿著垂直于天線平面方向兩側(cè)放置多個，構(gòu)成多層的漸變各向異性材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于漸變各向異性零折射率材料的寬帶高增益平板維瓦爾第天線，其特征在于所述的彎曲線人工單元的臂長(my)在小范圍內(nèi)改變，可構(gòu)建介電常數(shù)接近于零的漸變各向異性零折射率材料。
專利摘要寬帶高增益平板維瓦爾第天線以介質(zhì)基板(2)為載體，在介質(zhì)基板(2)的一平面覆有開口呈喇叭狀的銅箔(1)，在喇叭狀開口處設(shè)有一系列不同臂長(my)彎曲線人工單元(4)構(gòu)成的漸變各向異性材料(3)。所述的漸變各向異性材料(3)沿著垂直于天線平面方向兩側(cè)放置多個，構(gòu)成多層的漸變各向異性材料。本實用新型可有效地提高原始維瓦爾第天線的E面定向性和增益，多層的效果非常明顯，而且制造簡單、操作方便，和以前的改進方式相比具有絕對優(yōu)勢，在實際中具有很高的應(yīng)用前景。
文檔編號H01Q19/08GK202121070SQ201120058499
公開日2012年1月18日 申請日期2011年3月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月8日
發(fā)明者周斌, 崔鐵軍, 李惠, 鄒夏英 申請人:東南大學(xué)