一種微帶貼片天線的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種微帶貼片天線，屬于射頻微波【技術領域】。該微帶貼片天線包括基片以及分別附著于基片兩面的金屬貼片天線、金屬接地層，在基片的附著有金屬貼片天線的表面上還附著有環(huán)繞所述金屬貼片天線的左手材料諧振層，所述左手材料諧振層由一組周期耦合的雙環(huán)雙開口諧振單元構成，雙環(huán)雙開口諧振單元包括兩個同心的開口金屬環(huán)，兩個開口金屬環(huán)上均設置有兩個大小相同、位置相對的開口，且兩個開口環(huán)上開口的位置相互錯開。進一步地，所述金屬接地層上設置有一組均勻分布的圓形通孔。本發(fā)明通過在微帶貼片天線的兩面分別構建左手材料諧振層、光子帶隙，可有效消除貼片天線所產生的表面波及高次諧波，提升信號的增益及輻射方向性。
【專利說明】一種微帶貼片天線
【技術領域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種天線，尤其涉及一種微帶貼片天線，屬于射頻微波【技術領域】。
【背景技術】
[0002]微帶貼片天線普遍應用與頻率高于100MHZ的低輪廓結構，常用的一類微帶天線是在一個薄介質基上，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貼片，利用微帶線和軸線探針對貼片饋電，這就構成了微帶天線。長為L，寬為W的矩形微帶天線元可看作一般低阻傳輸線連接兩個輻射縫組成。L為半個微帶波長即為λ g/2時，在低阻傳輸線兩端形成兩個縫隙，構成一二元縫陣，向外輻射能量。其貼片可采用光刻工藝制造，使之成本低，易于大量生產。這種普通的微帶天線增益較低，方向性較差。
【發(fā)明內容】
[0003]本發(fā)明所要解決的技術問題在于克服現(xiàn)有技術不足，提供一種微帶貼片天線，大幅降低了表面波影響，提高了信號的增益和輻射方向性。
[0004]本發(fā)明采用以下技術方案解決上述技術問題:
一種微帶貼片天線，包括基片以及分別附著于所述基片兩面的金屬貼片天線、金屬接地層，在所述基片的附著有金屬貼片天線的表面上還附著有環(huán)繞所述金屬貼片天線的左手材料諧振層。
[0005]優(yōu)選地，所述左手材料諧振層由一組周期耦合的雙環(huán)雙開口諧振單元構成，所述雙環(huán)雙開口諧振單元包括兩個同心的開口金屬環(huán)，兩個開口金屬環(huán)上均設置有兩個大小相同、位置相對的開口，且兩個開口環(huán)上開口的位置相互錯開。
[0006]優(yōu)選地，所述雙環(huán)雙開口諧振單元的數(shù)量為40個。
[0007]優(yōu)選地，所述開口金屬環(huán)的形狀為矩形。
[0008]優(yōu)選地，所述左手材料諧振層關于金屬貼片天線的中心軸對稱。
[0009]為了更有效地消除表面波以及高次諧波的影響，作為本發(fā)明的進一步改進方案，所述金屬接地層上設置有一組均勻分布的圓形通孔。
[0010]優(yōu)選地，所述圓形通孔均勻分布于所述金屬貼片天線正下方的位置。
[0011]優(yōu)選地，所述圓形通孔關于金屬貼片天線的中心軸對稱分布。
[0012]優(yōu)選地，任意兩個相鄰圓形通孔之間的距離等于該微帶貼片天線所收發(fā)信號波長的四分之一。
[0013]相比現(xiàn)有技術，本發(fā)明以及本發(fā)明的優(yōu)選、改進方案具有以下有益效果:
本發(fā)明通過在微帶貼片天線的貼片天線周圍設置左手材料諧振層，充分利用了左手材料的負折射效應，能夠有效消除貼片天線產生的表面波并提高信號的輻射方向性；
本發(fā)明提出了一種全新結構的左手材料，由一組周期耦合的雙環(huán)雙開口諧振單元構成，相比現(xiàn)有單開口諧振器構建的左手材料，具有更好的頻率適應性，能夠更好的工作于微波頻段，而不僅僅是工作于很高的頻率段； 本發(fā)明進一步利用光子帶隙結構來增強表面波和高次諧波的抑制效果，進一步提高了微帶貼片天線的性能；
本發(fā)明結構緊湊，便于加工，實現(xiàn)成本較低。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0014]圖1為【具體實施方式】中所述微帶貼片天線的俯視圖；
圖2為雙環(huán)雙開口諧振單元的放大圖；
圖3為【具體實施方式】中所述微帶貼片天線的仰視圖；
圖4為【具體實施方式】中所述微帶貼片天線的三維結構透視圖；
圖5為【具體實施方式】中左手材料諧振層的等效介電常數(shù)和磁導率實部仿真結果；
圖6為【具體實施方式】中左手材料諧振層的等效介電常數(shù)和磁導率虛部仿真結果；
圖7為【具體實施方式】中所述微帶貼片天線的方向圖仿真結果；
圖8為【具體實施方式】中所述微帶貼片天線的回波損耗Sll仿真結果；
圖中各標號含義如下:
1、金屬貼片天線，2、左手材料諧振層，3、基片，4、雙環(huán)雙開口諧振單元，5、金屬接地層，
6、圓形通孔。
【具體實施方式】
[0015]下面結合附圖對本發(fā)明的技術方案進行詳細說明:
本發(fā)明的思路是在微帶貼片天線的正面和反面分別構建左手材料諧振層、光子帶隙結構，利用左手材料以及光子帶隙結構的特性，有效消除貼片天線所產生的表面波及高次諧波，從而提升信號的增益及輻射方向性。
[0016]為了便于公眾理解，在對本發(fā)明技術方案進行詳細說明之前，先對左手材料以及光子帶隙結構的基本內容進行簡要介紹。
[0017]左手材料(Left-Handed Material，簡稱LHM)是指介電常數(shù)和磁導率同時為負值的材料。左手材料具有不同于自然界里存在的右手材料的特性。在左手材料中，電磁波的電場，磁場和波矢構成左手關系。電磁波在左手材料中與右手材料中相反，具有負折射，負的切連科夫效應，反的多普勒效應等等。
[0018]光子帶隙(Photonic Band-Gap,簡稱PBG)是指某一頻段范圍內，波不能在此周期性結構中傳播，即這種周期結構存在禁帶。這一概念最初是在光學領域中提出的，現(xiàn)在它的研究范圍已擴展到微波和聲波波段。
[0019]本發(fā)明在微帶貼片天線正面的貼片天線周圍設置左手材料諧振層，利用左手材料抑制表面波，并進一步在背面的金屬接地層上設置光子帶隙結構，利用光子帶隙結構增強表面波及高次諧波的抑制效果。本發(fā)明的左手材料諧振層以及光子帶隙結構均可采用現(xiàn)有的各種左手材料結構及光子帶隙結構。為了便于公眾理解本發(fā)明技術方案，下面舉一個優(yōu)選實施例來進行說明。
[0020]本實施例中的微帶貼片天線與現(xiàn)有微帶貼片天線的基本結構類似，均包括中間的介質基片，以及分別貼裝于基片正、反面的金屬貼片天線、金屬接地層。其不同之處在于，本實施例的微帶貼片天線的正面圍繞金屬貼片天線設置有左手材料諧振層，背面的金屬接地層上設置有光子帶隙結構。
[0021]圖1顯示了本實施例微帶貼片天線的俯視圖，如圖所示，金屬貼片天線I貼裝于基片3 (采用Rogers 5880介質板,介電常數(shù)為2.2,厚度為0.8毫米)的中間部位,在金屬貼片天線I的周圍環(huán)繞有左手材料諧振層2。本實施例中的左手材料諧振層2并未采用現(xiàn)有的互補單開口諧振器構造，而是利用一組周期耦合的雙環(huán)雙開口諧振單元4構成，所述雙環(huán)雙開口諧振單元4包括兩個同心的開口金屬環(huán)，兩個開口金屬環(huán)上均設置有兩個大小相同、位置相對的開口，且兩個開口環(huán)上開口的位置相互錯開。本實施例中的雙環(huán)雙開口諧振單元4的結構如圖2所示，兩個開口金屬環(huán)的形狀均為矩形，外環(huán)和內環(huán)的開口位置均在一對對邊的中間部位。本實施例中雙環(huán)雙開口諧振單元4的數(shù)量為40個，且關于金屬貼片天線I的中心軸對稱分布。
[0022]圖3顯示了本實施例微帶貼片天線的仰視圖，如圖所示，基片3的背面附著有一層金屬接地層5，在金屬接地層5上設置有一組均勻分布的圓形通孔6，這些均勻分布的圓形通孔6構成了光子帶隙結構，可通過蝕刻的方式制備。為了更好的抑制表面波和高次諧波，這些均勻分布的圓形通孔6最好設置于金屬貼片天線I所對應的正下方位置處，最好關于金屬貼片天線I的中心軸對稱分布。本實施例中任意兩個相鄰的圓形通孔6之間的距離等于該微帶貼片天線所收發(fā)信號波長的四分之一。
[0023]圖4為本實施例微帶貼片天線的三維結構透視圖。
[0024]在本實施例的微帶貼片天線中，相鄰雙環(huán)雙開口諧振單元4通過空氣隙相互耦合，所有雙環(huán)雙開口諧振單元4周期耦合構成左手材料諧振層，與背面的光子帶隙結構共同作用，可最大限度地抑制表面波及高次諧波。
[0025]本實施例中的微帶貼片天線采用同軸饋線進行饋電，該同軸饋線的阻抗均為50歐姆，且位于所述微帶貼片天線的中心縱軸上。
[0026]當微帶貼片天線工作時，貼片天線向外輻射能量，同時介質基板上產生表面波影響能量向外輻射；由于左手材料諧振層等效介電常數(shù)和等效磁導為負值的特殊特性，介質層上的表面波得到了很好的抑制。再加上底面PBG層的作用，大量由于天線諧振產生的表面波被抑制，輻射能量基本從貼片天線上向外輻射出去，從而使得天線的增益和方向性得至IJ 了很好的提高，天線性能得到明顯改善。
[0027]雙環(huán)雙開口諧振單元工作的頻率范圍在微波范圍內，應用性更廣。圖5、圖6顯示了本發(fā)明的雙環(huán)雙開口諧振單元的等效介電常數(shù)和磁導率的仿真結果，其中圖5為實部，圖6為虛部。從圖中可以看出，其等效介電常數(shù)和磁導率在6.9GHz附近達到負的極大值，且介電常數(shù)和磁導率在該頻段處的絕對值比現(xiàn)有單開口諧振器更高。
[0028]圖7顯示了本發(fā)明微帶貼片天線的方向圖和增益，圖8顯示了本發(fā)明微帶貼片天線的回波損耗S11。從圖疒圖8以看出，本發(fā)明微帶貼片天線的-1OdB帶寬為
6.75GHz?7.15GHz,中心頻率為6.9GHz。能量從同軸饋線輸入時，回波損耗大于25dB，本發(fā)明微帶貼片天線的增益比普通微帶天線增加3.4dB，半功率輻射張角縮小24°。
【權利要求】
1.一種微帶貼片天線，包括基片以及分別附著于所述基片兩面的金屬貼片天線、金屬接地層，其特征在于，在所述基片的附著有金屬貼片天線的表面上還附著有環(huán)繞所述金屬貼片天線的左手材料諧振層。
2.如權利要求1所述微帶貼片天線，其特征在于，所述左手材料諧振層由一組周期耦合的雙環(huán)雙開口諧振單元構成，所述雙環(huán)雙開口諧振單元包括兩個同心的開口金屬環(huán)，兩個開口金屬環(huán)上均設置有兩個大小相同、位置相對的開口，且兩個開口環(huán)上開口的位置相互錯開。
3.如權利要求2所述微帶貼片天線，其特征在于，所述開口金屬環(huán)的形狀為矩形。
4.如權利要求2所述微帶貼片天線，其特征在于，所述雙環(huán)雙開口諧振單元的數(shù)量為40個。
5.如權利要求2所述微帶貼片天線，其特征在于，所述左手材料諧振層關于金屬貼片天線的中心軸對稱。
6.如權利要求1?5任一項所述微帶貼片天線，其特征在于，所述金屬接地層上設置有一組均勻分布的圓形通孔。
7.如權利要求6所述微帶貼片天線，其特征在于，所述圓形通孔均勻分布于所述金屬貼片天線正下方的位置。
8.如權利要求7所述微帶貼片天線，其特征在于，所述圓形通孔關于金屬貼片天線的中心軸對稱分布。
9.如權利要求6所述微帶貼片天線，其特征在于，任意兩個相鄰圓形通孔之間的距離等于該微帶貼片天線所收發(fā)信號波長的四分之一。
10.如權利要求6所述微帶貼片天線，其特征在于，還包括用于給金屬貼片天線饋電的同軸饋線。
【文檔編號】H01Q19/06GK104078773SQ201410321635
【公開日】2014年10月1日 申請日期:2014年7月7日 優(yōu)先權日:2014年7月7日
【發(fā)明者】許鋒, 方超 申請人:南京郵電大學