專(zhuān)利名稱(chēng)：C波段新型負(fù)磁導(dǎo)率材料微帶天線(xiàn)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種微帶天線(xiàn)，具體來(lái)說(shuō)，涉及一種C波段(4GHz 8GHz)的利用帶有 雙面樹(shù)枝狀結(jié)構(gòu)負(fù)磁導(dǎo)率材料提高天線(xiàn)增益的新型天線(xiàn)。
背景技術(shù)：
Matematerials作為一類(lèi)人工復(fù)合材料的通稱(chēng)，其目前研究的熱點(diǎn)集中于EBG和 LHM技術(shù)。這些材料都是人工合成材料，在電磁領(lǐng)域都表現(xiàn)出一些在自然界中不存在的現(xiàn)象， 像頻率禁帶、負(fù)折射率等。當(dāng)把它們應(yīng)用于微波和毫米波工程領(lǐng)域中時(shí)，可顯著改善一些設(shè) 備及器件的性能，如提高天線(xiàn)增益、減小陣元間耦合、制造高Q諧振腔、實(shí)現(xiàn)完美透鏡等。 可以說(shuō)，這些人工材料的出現(xiàn)，為克服當(dāng)前在天線(xiàn)、通信等領(lǐng)域遇到的一些技術(shù)上的限制提 供了可能的解決方案。
常用的微帶天線(xiàn)是在一個(gè)薄介質(zhì)基片上， 一面附上金屬薄層作為接地板，另一面用光刻 腐蝕等方法做出一定形狀的金屬輻射貼片，利用微帶線(xiàn)或同軸探針對(duì)貼片饋電，這就構(gòu)成了 微帶天線(xiàn)。微帶天線(xiàn)具有體積小，重量輕，低剖面，能與載體(如飛行器)共形，電性能多 樣化等優(yōu)點(diǎn)，因而有十分廣闊的應(yīng)用前景，如將微帶天線(xiàn)用于衛(wèi)星通訊、雷達(dá)、遙感、導(dǎo)彈、 飛行器高度表等。其中C波段的微帶天線(xiàn)應(yīng)用非常廣泛，中心頻率為4.3GHz的微帶天線(xiàn)可 用于飛機(jī)高度表上，中心頻率為5.45GHz的微帶天線(xiàn)可用于雷達(dá)上，中心頻率為5GHz的共 形微帶相控陣可用于飛機(jī)蒙皮上，這些天線(xiàn)均屬于C波段的微帶天線(xiàn)。但是微帶天線(xiàn)的工作 頻帶窄，增益低，交叉極化強(qiáng)，單個(gè)天線(xiàn)的功率容量較小，損耗較大，效率較低，介質(zhì)基片 對(duì)天線(xiàn)的性能影響大，這些缺點(diǎn)影響了它在需要更高性能和靈敏度的儀器和設(shè)備中的應(yīng)用。
介電常數(shù)和磁導(dǎo)率是描述均勻媒質(zhì)中電磁場(chǎng)性質(zhì)的兩個(gè)基本物理量。自然界中絕大多數(shù) 材料的介電常數(shù)和磁導(dǎo)率都為正。當(dāng)微波垂直入射時(shí)，在基板上雙面刻蝕的樹(shù)枝狀結(jié)構(gòu)在一 定的頻段內(nèi)可以出現(xiàn)負(fù)的磁導(dǎo)率，形成禁帶。將這種負(fù)磁導(dǎo)率材料用于微帶天線(xiàn)上，可以顯 著提高天線(xiàn)的性能，這種微帶天線(xiàn)在微電子線(xiàn)路元件、濾波器、無(wú)線(xiàn)電通信等領(lǐng)域有很好的 應(yīng)用前景
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)微帶天線(xiàn)增益較低的缺點(diǎn)，提供一種C波段帶有雙面樹(shù)枝狀 結(jié)構(gòu)的負(fù)磁導(dǎo)率材料微帶天線(xiàn)。它具有寬頻帶、高增益、低剖面、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)電磁
3波垂直于這種材料入射時(shí)，它在一定的頻段下有負(fù)磁導(dǎo)率，出現(xiàn)一個(gè)透射禁帶，這個(gè)特性可 以有效地抑制微帶天線(xiàn)工作時(shí)激發(fā)的表面波和饋電網(wǎng)絡(luò)的寄生輻射，從而提高天線(xiàn)的輻射效 率，改善微帶天線(xiàn)性能。所加載的雙面樹(shù)枝狀結(jié)構(gòu)和微帶天線(xiàn)同樣采用電路板刻蝕技術(shù)加工 制作，與微帶天線(xiàn)一體成型，制備簡(jiǎn)單，成本低廉。
本發(fā)明提出的負(fù)磁導(dǎo)率材料微帶天線(xiàn)包括介質(zhì)基板；金屬輻射貼片，在介質(zhì)基板的一 側(cè)；金屬接地板，在介質(zhì)基板的另一側(cè)，尺寸較金屬輻射貼片略大；SMA同軸接頭，其金屬 探針與金屬貼片相連，同軸底座內(nèi)導(dǎo)體與金屬探針相連，外導(dǎo)體與金屬接地板相連，并作為 天線(xiàn)電波信號(hào)的饋入接口。周期性排列的雙面樹(shù)枝狀結(jié)構(gòu)單元陣列刻蝕在輻射貼片和金屬接 地板周?chē)目瞻滋?，兩面的?shù)枝狀結(jié)構(gòu)嚴(yán)格對(duì)齊。當(dāng)微波垂直入射時(shí)，利用雙面樹(shù)枝狀結(jié)構(gòu) 產(chǎn)生的禁帶效應(yīng)，改善微帶天線(xiàn)的信號(hào)接收能力和發(fā)射能力，提高天線(xiàn)的增益。


圖1 本發(fā)明中所用雙面樹(shù)枝狀結(jié)構(gòu)的尺寸示意圖
圖2 本發(fā)明中帶有雙面樹(shù)枝狀結(jié)構(gòu)的微帶天線(xiàn)的示意圖
圖3 本發(fā)明中微帶天線(xiàn)正面陽(yáng)刻周期性排列的樹(shù)枝狀結(jié)構(gòu)示意圖
圖4 本發(fā)明中微帶天線(xiàn)背面陽(yáng)刻周期性排列的樹(shù)枝狀結(jié)構(gòu)示意圖
圖5 本發(fā)明中負(fù)磁導(dǎo)率材料微帶天線(xiàn)與普通天線(xiàn)的回波損耗曲線(xiàn)
圖6本發(fā)明中負(fù)磁導(dǎo)率材料微帶天線(xiàn)與普通天線(xiàn)的E面方向圖
圖7 本發(fā)明中負(fù)磁導(dǎo)率材料微帶天線(xiàn)與普通天線(xiàn)的H面方向圖
具體實(shí)施方式
采用電路板刻蝕技術(shù)制備帶有雙面樹(shù)枝狀結(jié)構(gòu)負(fù)磁導(dǎo)率材料的微帶天線(xiàn)。用 厚度為0.8mm 2mm的聚四氟乙烯材料(s=2.65)或環(huán)氧玻璃布材料(s=4.6)作為天線(xiàn)的介 質(zhì)基板，金屬輻射貼片和金屬接地板分別刻蝕于介質(zhì)基板的正反面，用SMA同軸接頭連接 輻射貼片和金屬接地板，并作為天線(xiàn)的電波信號(hào)饋入源。在輻射金屬片和金屬接地板周?chē)?空白介質(zhì)板上雙面刻蝕出周期性排列的金屬樹(shù)枝狀結(jié)構(gòu)，兩面的樹(shù)枝狀結(jié)構(gòu)嚴(yán)格對(duì)齊，如圖 1所示。樹(shù)枝狀結(jié)構(gòu)單元的幾何尺寸根據(jù)微帶天線(xiàn)的工作頻率調(diào)整。本發(fā)明的微帶天線(xiàn)工作 于C波段(4GHz 8GHz)，則設(shè)計(jì)的樹(shù)枝狀結(jié)構(gòu)從中心向外圍的各級(jí)分支長(zhǎng)度分別為 一級(jí) 分支長(zhǎng)度a=2mm~5mm， 二級(jí)分支長(zhǎng)度b=lmm~3mm，三級(jí)分支長(zhǎng)度c=lmm~3mm，晶格常 數(shù)d二8mm 20mm，相鄰兩個(gè)一級(jí)分支間夾角為e,二45。，相鄰兩個(gè)二級(jí)分支間夾角為92 = 45°，相鄰兩個(gè)三級(jí)分支間夾角為63=45。，線(xiàn)寬為w^.3mm lmm，金屬厚度為t=0.01mm~0.05mm。
本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)過(guò)程和材料的性能由實(shí)施例和

實(shí)施例一
采用電路板刻蝕技術(shù)，制作中心工作頻率在5.28GHz處的帶有雙面樹(shù)枝狀結(jié)構(gòu)的微帶天 線(xiàn)，如圖2所示。圖3和圖4分別是天線(xiàn)的正面圖和背面圖。選用面積為120mmX120mm， 厚度為1.5隱的聚四氟乙烯材料(e=2.65)作為天線(xiàn)的介質(zhì)基板1，介質(zhì)基板一側(cè)的金屬銅 輻射貼片2的大小為20.6mmX 16.3mm，另一面刻蝕金屬接地板3，接地板比輻射貼片略大， 為30mmX30ram。在輻射貼片和接地板周?chē)目瞻滋庪p面刻蝕樹(shù)枝狀結(jié)構(gòu)4，兩個(gè)面的樹(shù)枝狀 結(jié)構(gòu)嚴(yán)格對(duì)齊。對(duì)于本實(shí)施例的微帶天線(xiàn)，樹(shù)枝狀結(jié)構(gòu)的幾何尺寸為 一級(jí)分支長(zhǎng)度a二 3.3mm， 二級(jí)分支長(zhǎng)度b= 1.7mm，三級(jí)分支長(zhǎng)度c= 1.7mm，相鄰兩個(gè)一級(jí)分支間夾角為e, =45°,相鄰兩個(gè)二級(jí)分支間夾角為e2 = 45°，相鄰兩個(gè)三級(jí)分支間夾角為03 = 45。，線(xiàn)寬 w=0.8mm，樹(shù)枝狀結(jié)構(gòu)單元之間的晶格常數(shù)d=15.99mm，如圖1所示。在輻射金屬貼片軸線(xiàn) 上距對(duì)稱(chēng)中心3.6mm處選取直徑為1.3mm的饋電點(diǎn)，用SMA接頭5將金屬輻射貼片2和金 屬接地板3連接起來(lái)，完成天線(xiàn)的制作。圖5是本發(fā)明中天線(xiàn)和采用相同介質(zhì)基板工作在同 一頻率的普通微帶天線(xiàn)的回波損耗圖，兩種天線(xiàn)都在5.28GHz處發(fā)生諧振，本發(fā)明中天線(xiàn)的 諧振強(qiáng)度為-29.85dB，比普通天線(xiàn)諧振增強(qiáng)了 7.1dB。由圖6和圖7中天線(xiàn)在諧振頻率處的E、 H面方向圖可知，本發(fā)明中的負(fù)磁導(dǎo)率材料天線(xiàn)的最大增益值為7.52dBi，普通天線(xiàn)的增益僅 為6.08dBi，所發(fā)明天線(xiàn)較之普通天線(xiàn)增益提高了 1.44dB。
實(shí)施例二
與實(shí)施例一相似，采用電路板刻蝕技術(shù)，制作中心工作頻率在6.53GHz處的帶有雙面樹(shù) 枝狀結(jié)構(gòu)的微帶天線(xiàn)，選用面積為90mmX90腿，厚度為lmm的聚四氟乙烯材料(e=2.65) 作為天線(xiàn)的介質(zhì)基板，介質(zhì)基板一側(cè)的金屬銅輻射貼片的大小為16.8mmX12.9mm，另一面 刻蝕金屬接地板，接地板比輻射貼片略大，為25mmX25mm。在輻射貼片和接地板之間的空 白處雙面刻蝕樹(shù)枝狀結(jié)構(gòu)，兩個(gè)面的樹(shù)枝狀結(jié)構(gòu)嚴(yán)格對(duì)齊。對(duì)于本實(shí)施例的微帶天線(xiàn)，樹(shù)枝 狀結(jié)構(gòu)的幾何尺寸為 一級(jí)分支長(zhǎng)度a=2.7mm， 二級(jí)分支長(zhǎng)度b= 1.3mm，三級(jí)分支長(zhǎng)度c =1.3mm，相鄰兩個(gè)一級(jí)分支間夾角為6!二45。，相鄰兩個(gè)二級(jí)分支間夾角為62 = 45。，相鄰 兩個(gè)三級(jí)分支間夾角為e3 = 45°，線(xiàn)寬w=0.6mm，樹(shù)枝狀結(jié)構(gòu)單元之間的晶格常數(shù)d=13mm。 在金屬輻射貼片軸線(xiàn)上距對(duì)稱(chēng)中心2.9mm處選取直徑為1.3mm的饋電點(diǎn)，用SMA接頭將金
5屬輻射貼片和金屬接地板連接起來(lái)，完成天線(xiàn)的制作。 實(shí)施例三
與實(shí)施例一相似，采用電路板刻蝕技術(shù)，制作中心工作頻率在7.12GHz處的帶有雙面樹(shù) 枝狀結(jié)構(gòu)的微帶天線(xiàn)，選用面積為85mmX85mm，厚度為lmm的環(huán)氧玻璃布材料(s =4.6)作 為天線(xiàn)的介質(zhì)基板，介質(zhì)基板一側(cè)的金屬銅輻射貼片的大小為U.7mmX8.7mm，另一面刻蝕 金屬接地板，接地板比輻射貼片略大，為18mmX18mm。在輻射貼片和接地板之間的空白處 雙面刻蝕樹(shù)枝狀結(jié)構(gòu)，兩個(gè)面的樹(shù)枝狀結(jié)構(gòu)嚴(yán)格對(duì)齊。對(duì)于本實(shí)施例的微帶天線(xiàn)，樹(shù)枝狀結(jié) 構(gòu)的幾何尺寸為 一級(jí)分支長(zhǎng)度a二2.9mm， 二級(jí)分支長(zhǎng)度b=1.5mm，三級(jí)分支長(zhǎng)度c = 1.5mm，相鄰兩個(gè)一級(jí)分支間夾角為0i二45。，相鄰兩個(gè)二級(jí)分支間夾角為92 = 45°，相鄰兩 個(gè)三級(jí)分支間夾角為e3=45。，線(xiàn)寬w=0.5mm，樹(shù)枝狀結(jié)構(gòu)單元之間的晶格常數(shù)d=14mm。 在金屬輻射貼片軸線(xiàn)上距對(duì)稱(chēng)中心1.8mm處選取直徑為1.3mm的饋電點(diǎn)，用SMA接頭將金 屬輻射貼片和金屬接地板連接起來(lái)，完成天線(xiàn)的制作。
以上所述，僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，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(shuō)明書(shū)內(nèi)容所作的簡(jiǎn)單等效變化與修飾，皆應(yīng)仍屬本發(fā)明專(zhuān)利覆蓋的范圍 內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種C波段新型負(fù)磁導(dǎo)率材料微帶天線(xiàn)，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(xiàn)的貼片和接地板周?chē)p面刻蝕周期性排列的金屬樹(shù)枝狀結(jié)構(gòu)單元陣列，兩面的樹(shù)枝狀結(jié)構(gòu)嚴(yán)格對(duì)齊。
2..如權(quán)利要求l所述的C波段新型負(fù)磁導(dǎo)率材料微帶天線(xiàn)，其特征是用于微帶天線(xiàn)的金屬 樹(shù)枝狀結(jié)構(gòu)單元的幾何參數(shù)為 一級(jí)分支長(zhǎng)度a=2.7mm 3.3mm， 二級(jí)分支長(zhǎng)度b=1.3mm L7mm，三級(jí)分支長(zhǎng)度c=1.3mm~1.7mm，晶格常數(shù)d=13mm~15.99mm，相鄰各級(jí)分支 間夾角為e!二02二e3二45。，線(xiàn)寬為w=0.5mm 0.8mm，金屬厚度t=0.01mm~0.03mm。
3. 如權(quán)利要求1所述的C波段新型負(fù)磁導(dǎo)率材料微帶天線(xiàn)，其特征是所用介質(zhì)基板為厚度 為0.8mm 1.5mm的聚四氟乙烯材料或環(huán)氧玻璃布材料；所用金屬材料為銅。
4. 如權(quán)利要求1所述的C波段新型負(fù)磁導(dǎo)率材料微帶天線(xiàn)，其特征在于制作過(guò)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，并且 在金屬輻射貼片和金屬接地板周?chē)目瞻滋庪p面刻蝕周期性排列的金屬樹(shù)枝狀結(jié)構(gòu) 單元陣列，兩面的樹(shù)枝狀結(jié)構(gòu)嚴(yán)格對(duì)齊。(2) 選取饋點(diǎn)，并在饋點(diǎn)處用SMA同軸接頭連接金屬輻射貼片和金屬接地板。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種C波段(4GHz～8GHz)新型負(fù)磁導(dǎo)率材料微帶天線(xiàn)，特別涉及一種帶有雙面樹(shù)枝狀結(jié)構(gòu)的負(fù)磁導(dǎo)率材料的新型天線(xiàn)。本發(fā)明中的微帶天線(xiàn)包括介質(zhì)基板，金屬輻射貼片，金屬接地板，SMA接頭連接金屬輻射貼片和金屬接地板，并作為天線(xiàn)電波信號(hào)的饋入接口。在金屬輻射貼片和金屬接地板周?chē)目瞻滋庪p面刻蝕周期性排列的樹(shù)枝狀結(jié)構(gòu)單元陣列。當(dāng)微波垂直入射時(shí)，利用雙面樹(shù)枝狀結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的負(fù)磁導(dǎo)率效應(yīng)，可以改善微帶天線(xiàn)的信號(hào)接收能力和發(fā)射能力，提高天線(xiàn)的增益。
文檔編號(hào)H01Q1/38GK101626110SQ20081015031
公開(kāi)日2010年1月13日 申請(qǐng)日期2008年7月11日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月11日
發(fā)明者劉亞紅, 史亞龍, 朱忠奎, 寧 紀(jì), 趙曉鵬 申請(qǐng)人:西北工業(yè)大學(xué)