專利名稱：一種基于單負材料超慢波波導的小型化貼片天線的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于通信系統(tǒng)的天線領域，涉及一種基于單負材料超慢波波導的小型 化貼片天線。
背景技術：
微帶貼片天線作為一種新型天線在現(xiàn)代國防和民用通信領域得到了廣泛的研究 和應用。它具有剖面低、體積小、重量輕、成本低、易于共形化設計以及易于與有源器件和電 路集成為單一模塊等諸多優(yōu)點。然而，傳統(tǒng)的貼片天線由于其諧振長度需要半個波導波長，因而其尺寸已難以滿 足未來軍事和民用通信對于天線高度小型化的要求。流行的貼片天線小型化技術有采用高 介電常數(shù)基板、加載短路針或者短路面、貼片表面開槽延長電流路徑等，但是這些技術都存 在或多或少的缺陷，對天線的其它性能會造成影響。例如，采用高介電常數(shù)的基板會降低天 線的阻抗帶寬和輻射效率，而加載短路針或者短路面、貼片表面開槽等方法則會改變原來 貼片天線的方向圖以及導致極化純度下降等。最近一些學者提出了如基于復合左右手傳輸 線結構的零階諧振天線以及部分填充負材料構成左右并排介質(zhì)的矩形貼片天線等新型結 構。這些結構在理論上確實都可以把貼片天線的尺寸降到無窮小，但是如果把能否有效輻 射考慮在內(nèi)，卻存在本質(zhì)上的困難。在對貼片天線實現(xiàn)高度小型化的同時保持天線的高輻 射效率和方向性良好仍然是目前的難點技術。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型專利的目的是為未來軍事和民用通信對小型化貼片天線的需要提供 方便，克服現(xiàn)有貼片天線小型化技術中普遍存在的輻射效率不高以及方向圖畸變等不足， 提供一種高度小型化，同時又具有高輻射效率和良好輻射方向圖的基于單負材料超慢波波 導的小型化貼片天線。一種基于單負材料超慢波波導的小型化貼片天線包括負介電常數(shù)介質(zhì)層、普通介 質(zhì)層、金屬地平面層和同軸饋電探針；負介電常數(shù)介質(zhì)層設置在普通介質(zhì)層和金屬地平面 層之間，位于負介電常數(shù)介質(zhì)層頂面之上的普通介質(zhì)層上表面涂覆有理想電導體，金屬地 平面層的面積大于負介電常數(shù)介質(zhì)層的底面面積；同軸饋電探針貫穿負介電常數(shù)介質(zhì)層， 普通介質(zhì)層和金屬地平面層設置，且與負介電常數(shù)介質(zhì)層、普通介質(zhì)層和金屬地平面層都 垂直；同軸饋電探針與貼片天線的豎直方向上的中軸線的距離為fp，λ /20 ^ fp ^ λ/15； λ為天線工作頻率對應的真空波長。所述的負介電常數(shù)介質(zhì)層為長方體結構，長度為LP，λ /3 ^ Lp ^ 2 λ /3 ；寬度為 Wp, λ /3 ^ Wp ^ λ ；高度為屯，λ /40 ^ Cl1 ^ λ /15。所述的普通介質(zhì)層為長方體結構，長度與寬度和負介電常數(shù)介質(zhì)層相同，普通介 質(zhì)層的高度為d2，λ /200 ^d2 ^ λ /100 ；所述的負介電常數(shù)介質(zhì)層在寬度與高度方向的兩個側面上均涂覆有理想電導
3體；負介電常數(shù)介質(zhì)層的高度與普通介質(zhì)層的高度比值Cl1Al2^ I ￡ι/ε2|，其中￡1為 負介電常數(shù)介質(zhì)層介電常數(shù)，ε 2為普通介質(zhì)層的介電常數(shù)。本實用新型天線的尺寸非常小，饋電方法簡單，易于大規(guī)模加工制作，成本低。在 小型化的同時在輻射機理上保證了高輻射效率和高增益，同時保持了傳統(tǒng)貼片邊射方向性 優(yōu)良的特點，無方向圖畸變。

圖1是本實用新型的結構示意圖；圖2是本實用新型的仿真反射系數(shù)圖。
具體實施方式
如圖1所示，該天線可操作于任一工作頻率上，該工作頻率可依據(jù)使用者需求選 用。為方便說明，本實施例選用λ =2. 3GHz作為天線的工作頻率加以說明。該天線的介質(zhì) 基板由兩層構成，分別為負介電常數(shù)介質(zhì)層3和普通介質(zhì)層2。兩者的長度Lp均為λ/7.7， 寬度Wp均為λ/6. 5，負介電常數(shù)介質(zhì)層3的高度Cl1為λ/26，普通介質(zhì)層2的高度屯為 λ/144. 9，介電常數(shù)S1 =-4.5，￡2 = 1，磁導率均為1。普通介質(zhì)層2上表面涂覆有理想 電導體層5。負介電常數(shù)介質(zhì)層3的位于金屬地平面層4之上，金屬地平面層4的長度Le和 寬度We相等，均為λ/1.3。負介電常數(shù)介質(zhì)層3在寬度與高度方向的兩個側面上均涂覆有 理想電導體，形成理想電導體層5。同軸饋電探針1貫穿負介電常數(shù)介質(zhì)層3，普通介質(zhì)層 2和金屬地平面層4設置，且與它們都垂直；同軸饋電探針1與貼片天線的豎直方向上的中 軸線的距離4為λ/17.4。在該實例中，由于采用了適當?shù)膮?shù)選擇，介電常數(shù)介質(zhì)層3和 普通介質(zhì)層2的分界面上存在傳播常數(shù)非常大的超慢波，貼片天線的尺寸遠遠小于真空中 的半個波長。同時，又由于負介電常數(shù)介質(zhì)層3兩端被理想電導體邊界屏蔽，因而只有普通 介質(zhì)層2的兩端才構成兩條等幅同相的等效磁流輻射源，從而天線具有很高的輻射效率。該天線的仿真反射系數(shù)如圖2所示，可見在2. 3GHz頻點的反射系數(shù)小于_30dB， 天線得到了非常好的匹配。天線的輻射效率和實際增益分別高達98. 2% (-0. 0772dB)和 5. 188dB,同時方向圖邊射特性也保持得非常完好。
權利要求一種基于單負材料超慢波波導的小型化貼片天線，包括負介電常數(shù)介質(zhì)層、普通介質(zhì)層、金屬地平面層和同軸饋電探針，其特征在于負介電常數(shù)介質(zhì)層設置在普通介質(zhì)層和金屬地平面層之間，位于負介電常數(shù)介質(zhì)層頂面之上的普通介質(zhì)層上表面涂覆有理想電導體，金屬地平面層的面積大于負介電常數(shù)介質(zhì)層的底面面積；同軸饋電探針貫穿負介電常數(shù)介質(zhì)層、普通介質(zhì)層和金屬地平面層設置，且與負介電常數(shù)介質(zhì)層，普通介質(zhì)層和金屬地平面層都垂直；同軸饋電探針與貼片天線的豎直方向上的中軸線的距離為fp，λ/20≤fp≤λ/15，λ為天線工作頻率對應的真空波長；所述的負介電常數(shù)介質(zhì)層為長方體結構，長度為LP，λ/3≤LP≤2λ/3；寬度為WP，λ/3≤WP≤λ；高度為d1，λ/40≤d1≤λ/15；所述的普通介質(zhì)層為長方體結構，長度與寬度和負介電常數(shù)介質(zhì)層相同，普通介質(zhì)層的高度為d2，λ/200≤d2≤λ/100；所述的負介電常數(shù)介質(zhì)層在寬度與高度方向的兩個側面上均涂覆有理想電導體。
專利摘要本實用新型涉及一種基于單負材料超慢波波導的小型化貼片天線。傳統(tǒng)的貼片天線尺寸大、輻射效率和方向性差。本實用新型包括負介電常數(shù)介質(zhì)層，普通介質(zhì)層、金屬地平面層和同軸饋電探針；負介電常數(shù)介質(zhì)層設置在普通介質(zhì)層和金屬地平面層之間，普通介質(zhì)層上表面涂覆有理想電導體，金屬地平面層的面積大于負介電常數(shù)介質(zhì)層的底面面積；同軸饋電探針貫穿負介電常數(shù)介質(zhì)層，普通介質(zhì)層和金屬地平面層設置，且與負介電常數(shù)介質(zhì)層、普通介質(zhì)層和金屬地平面層都垂直。本實用新型天線的尺寸非常小，饋電方法簡單，易于大規(guī)模加工制作，成本低。
文檔編號H01Q13/08GK201638939SQ20102010645
公開日2010年11月17日 申請日期2010年1月29日 優(yōu)先權日2010年1月29日
發(fā)明者何賽靈, 熊江 申請人:浙江大學