專利名稱：S波段樹枝狀左手材料微帶天線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種S波段(2GHz 4GHz)微帶天線，特別涉及一種樹枝狀 結(jié)構(gòu)左手材料微帶天線，利用左手材料奇異的電磁特性改善天線性能。
背景技術(shù)：
微帶天線是由一塊厚度遠(yuǎn)小于波長的介質(zhì)基板和刻蝕在其兩側(cè)的金 屬貼片組成，利用同軸線或微帶線饋電，并通過貼片四周與接地板間的縫隙向外 輻射。微帶天線具有拋面薄、體積小、重量輕，平面結(jié)構(gòu)，易與導(dǎo)彈、衛(wèi)星等載 體表面相共形等優(yōu)點(diǎn)，在衛(wèi)星通信、雷達(dá)、遙感等方面得到了廣泛應(yīng)用。
近幾年，左手材料的提出，有望應(yīng)用于探測器、隱身材料、微波器件、天線 等方面。左手材料(left-handed metamaterials)是一種介電常數(shù)和磁導(dǎo)率同時(shí)為 負(fù)的人工周期復(fù)合結(jié)構(gòu)材料，表現(xiàn)出許多奇異的光學(xué)和電磁學(xué)性能，如負(fù)折射率， 完美透鏡效應(yīng)，反常D叩pler效應(yīng)、反常Cherenkov效應(yīng)等。目前左手材料的制 備多采用復(fù)合金屬絲陣列和開口諧振環(huán)陣列來分別實(shí)現(xiàn)負(fù)介電常數(shù)和負(fù)磁導(dǎo)率， 即需要兩種結(jié)構(gòu)組合實(shí)現(xiàn)左手材料
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對普通微帶天線輻射效率不高，增益低，頻帶窄 等缺點(diǎn)，提供一種左手材料微帶天線。利用左手材料對天線表面波的抑制，減小 天線副瓣，使天線方向性更集中，提高天線增益，增加帶寬，改善天線性能。本 發(fā)明的左手材料微帶天線可工作于S波段。
本發(fā)明的左手材料微帶天線包括介質(zhì)基板；輻射金屬片，刻蝕在介質(zhì)基 板上；金屬接地板，刻蝕在介質(zhì)基板的另一面上；SMA同軸接頭，其金屬探針 與金屬片相連，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，以 作為天線電波信號的輸入端；左手材料刻蝕在天線的介質(zhì)基板上。通過調(diào)整樹枝 結(jié)構(gòu)的尺寸參數(shù)對左手材料的左手特性區(qū)域頻段進(jìn)行調(diào)節(jié)，使其覆蓋微帶天線的 工作頻段。同時(shí)，本發(fā)明中的左手材料微帶天線，可通過電路板刻蝕技術(shù)實(shí)現(xiàn)， 工藝簡單，適合大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。


圖1本發(fā)明的微帶天線俯視圖
圖2本發(fā)明的樹枝狀結(jié)構(gòu)左手材料結(jié)構(gòu)單元示意圖
圖3本發(fā)明的周期排列樹枝結(jié)構(gòu)示意圖
圖4本發(fā)明的左手樹枝結(jié)構(gòu)微帶天線示意圖
圖5本發(fā)明的左手樹枝結(jié)構(gòu)微帶天線的輸入回波損耗Sn
圖6本發(fā)明的左手樹枝結(jié)構(gòu)微帶天線的遠(yuǎn)場輻射方向圖
具體實(shí)施例方式
采用電路板刻蝕技術(shù)制備樹枝狀左手材料微帶天線，選用厚度為1.5mm的聚四 氟乙烯材料作為天線的介質(zhì)基板，在其一面刻蝕一定形狀的金屬輻射貼片，另一 面完全為金屬，作為天線接地板，采用同軸饋電，SMA同軸接頭連接金屬輻射 片和金屬接地板，并作為天線的信號饋入源，如圖l。在輻射貼片周圍的空白介 質(zhì)基板上刻蝕周期排列的金屬樹枝狀結(jié)構(gòu)單元陣列，制備成樹枝狀結(jié)構(gòu)左手材料 微帶天線。樹枝從中心向外圍的各級分支長度分別為 一級分支長度L,= 7.1mm 8.6mm， 二級分支長度和三級分支長度相等，艮卩L2=L3=3.3mm 3.9mm， 相臨兩個一級分支間夾角為e,二15。 75。，相臨兩個二級分支間夾角為e2^15。
75°，相臨兩個三級分支間夾角為83二15° 75°， W-0.3mm 1.2mm，單元晶格常 數(shù)d二31.9mm 38.5mm，所有金屬厚度t=0.02mm~0.05mm，圖2是樹枝狀結(jié)構(gòu) 左手材料的結(jié)構(gòu)單元周期性排列的樹枝結(jié)構(gòu)如圖3。圖4為所制備的S波段樹枝 狀結(jié)構(gòu)左手材料微帶天線。-
通過調(diào)整樹枝狀結(jié)構(gòu)的外形尺寸參數(shù)(樹枝各級長度加角，線寬，晶格常 數(shù)等)實(shí)現(xiàn)對左手特性區(qū)域波段的調(diào)控。保證左手特性區(qū)域波段包覆天線的工作 頻段。通過左手材料對天線表面波的抑制，減小天線副瓣，使天線方向性更集中， 提高天線增益，增加帶寬，改善天線性能。
本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)過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)，制作中心工作頻率為2.95GHZ的樹枝狀結(jié)構(gòu)左手材 料微帶天線，如圖4所示。選用面積為160mmxl60mm，厚度為1.5mm的聚四氟乙烯材科(e =2.65)作為天線的介質(zhì)基板1,介質(zhì)基板1 一側(cè)的金屬銅輻射貼 片2的大小為37mmx30mm，另一面完全為金屬銅，作為接地板3，采用同軸饋 電，SMA同軸4接頭連接金屬輻射片2和金屬接地板3，并作為天線的信號饋 入源。在輻射貼片的周圍刻蝕周期排列金屬銅樹枝狀結(jié)構(gòu)單元陣列5，對于本實(shí) 施例工作頻率為2.95GHz的微帶天線，樹枝狀結(jié)構(gòu)的幾何尺寸為 一級分支長 度Lj二S.6mm， 二級分支長度和三級分支長度L2=L3=3.9mm，相臨兩個一級分支 間夾角為e!二45。，相臨兩個二級分支間夾角為62=45°，相臨兩個三級分支間夾 角為63=45°,線寬W-1.2麵，晶格常數(shù)d二35.8mm，金屬厚度t二0.03麵。圖
5左手樹枝結(jié)構(gòu)微帶天線的輸入回波損耗Su。圖6為左手樹枝結(jié)構(gòu)微帶天線的
遠(yuǎn)場輻射圖。
實(shí)施例二
采用電路板刻蝕技術(shù)，制作中心工作頻率為2.6GHz的樹枝狀結(jié)構(gòu)左手材料 微帶天線，如圖4所示。選用面積為180mmxi80mm，厚度為0.8mm環(huán)氧玻璃 布材料(￡ =4.55)作為天線的介質(zhì)基板1，介質(zhì)基板1 一側(cè)的金屬銅輻射貼片2 的大小為43mmx35mm,另一面完全為金屬銅，作為接地板3，采用同軸饋電， SMA同軸4接頭連接金屬輻射片2和金屬接地板3,并作為天線的信號饋入源。 在輻射貼片的周圍刻蝕周期排列金屬銅樹枝狀結(jié)構(gòu)單元陣列5，對于本實(shí)施例工 作頻率為2.6GHz的微帶天線，樹枝狀結(jié)構(gòu)的幾何尺寸為 一級分支長度Li = 8.6mm, 二級分支長度和三級分支長度L2=L3=3.9mm，相臨兩個一級分支間夾角 為.0i二60。，相臨兩個二級分支間夾角為92=60°，相臨兩個三級分支間夾角為63 =60°，線寬W-0.3mm,晶格常數(shù)d=38.5mm，金屬厚度t=0.03mm。
實(shí)施例三
采用電路板刻蝕技術(shù)，制作中心工作頻率為3:4GHz的樹枝狀結(jié)構(gòu)左手材料 微帶天線，如圖4所示。選用面積為140mmxi40mm，厚度為l.Omm的聚乙烯 材料(e=2.3)作為天線的介質(zhì)基板1，介質(zhì)基板1 一側(cè)的金屬銅輻射貼片2的 大小為33mmx26mm，另一面完全為金屬銅，作為接地板3，采用同軸饋電，SMA 同軸4接頭連接金屬輻射片2和金屬接地板3，并作為天線的信號饋入源。'在輻射貼片的周圍刻蝕周期排列金屬銅樹枝狀結(jié)構(gòu)單元陣列5，對于本實(shí)施例工作頻 率為3.4GHz的微帶天線，樹枝狀結(jié)構(gòu)的幾何尺寸為 一級分支長度L,二7.1， 二 級分支長度和三級分支長度L2=L3=3.3mm，相臨兩個一級分支間夾角為6, =30°， 相臨兩個二級分支間夾角為62=30°，相臨兩個三級分支間夾角為63 = 30°，線寬 W=0.8mm,晶格常數(shù)d二31.9mm，金屬厚度t=0.03mm。
以上所述，僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，當(dāng)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)明說明書內(nèi)容所作的簡單的等效變化與修飾，皆應(yīng) 仍屬本發(fā)明專利覆蓋的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種S波段(2GHz～4GHz)樹枝狀結(jié)構(gòu)左手材料微帶貼片天線，包括介質(zhì)基板，輻射金屬片和金屬地板，將輻射金屬片和金屬地板分別印制在介質(zhì)板的兩側(cè)，SMA接頭，連接金屬地板和輻射金屬片，并作為無線電信號的饋入接口；一組由周期性排列的樹枝結(jié)構(gòu)單元，刻蝕于輻射金屬片的介質(zhì)材料周圍上。
2.如權(quán)利要求1所述的S波段樹枝狀結(jié)構(gòu)左手材料微帶天線，其特征是用 于微帶天線的金屬樹枝狀結(jié)構(gòu)左手材料的單元幾何參數(shù)為 一級分支長度L,= 7.1mm 8.6腿，二級分支長度和三級分支長度相等，艮卩L2=L3=3.3mm 3.9mm， 相臨兩個一級分支間夾角為6, = 15° 75°，相臨兩個二級分支間夾角為62= 15° 75°，相臨兩個三級分支間夾角為e3 = 15。 75°，線寬W=0.3mm~1.2mm，晶格 常數(shù)d=31.9mm 38.5mm，金屬厚度t二0.02mm 0.05mm。
3. 如權(quán)利要求1所述的S波段樹枝狀結(jié)構(gòu)左手材料微帶天線，其特征是所用 介質(zhì)基板是厚度為0.8mm 2mm的聚四氟乙烯，環(huán)氧玻璃布，聚乙烯材料。
4. 如權(quán)利要求1所述的S波段左手材料微帶天線，其特征在于制作過程包括 以下幾個步驟(1) 采用電路板刻蝕技術(shù)，在聚四氟乙烯纖維基板上兩側(cè)分別刻蝕出金屬接地 板和金屬輻射片。(2) 將在金屬輻射片的周圍的聚四氟乙烯纖維基板上刻蝕由周期性排列樹枝 狀結(jié)構(gòu)；其中樹枝狀結(jié)構(gòu)呈周期性排列，刻蝕在金屬輻射片的周圍。(3) 選取合適的饋電點(diǎn)，通過SMA接頭連接金屬地板和輻射片，完成天線制作。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種S波段(2GHz～4GHz)樹枝狀結(jié)構(gòu)左手材料微帶天線。這種天線是將樹枝狀結(jié)構(gòu)左手材料加載于微帶天線金屬貼片的周圍，采用電路板刻蝕技術(shù)將樹枝狀結(jié)構(gòu)左手材料刻蝕于微帶天線基板上。利用樹枝狀結(jié)構(gòu)左手材料的奇特的電磁行為來改善天線的性能。用于本發(fā)明微帶天線的樹枝狀結(jié)構(gòu)左手材料與天線的制備方法相同，均采用電路板刻蝕技術(shù)，可以與微帶天線一體成型，制備簡單，成本低廉，將來可以大范圍的推廣與應(yīng)用。
文檔編號H01Q13/08GK101540435SQ20081001772
公開日2009年9月23日 申請日期2008年3月17日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月17日
發(fā)明者史亞龍, 朱忠奎, 羅春榮, 趙曉鵬 申請人:西北工業(yè)大學(xué)