專利名稱：一種雙排矩s形極子天線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于微帶天線領(lǐng)域，具體涉及一種具有雙排矩S形極子天線。
背景技術(shù)：
左手材料(LHM)是20世紀90年代末期出現(xiàn)的一種新型周期結(jié)構(gòu)的人工電磁媒質(zhì)。它同時具有介電常數(shù)g和磁導(dǎo)
率爲都為負的雙負材料，即當電磁波在這種介質(zhì)材料中傳播時，電場、磁場和波矢遵從左
手法則，所以被稱為左手材料(或稱負折射材料)。它作為一種新型的人工電磁材料，近年來引起了人們極大的研究興趣。早在1968年，V. G. V eselageo就從理論上研究了 LHM中的反常電磁現(xiàn)象；2000年smith等人在實驗室首次制造出了微波段的負折射率介質(zhì)。左手材料的反常電磁特性展現(xiàn)了它在光與電磁波領(lǐng)域潛在的重要應(yīng)用價值。微帶天線是近30年來逐漸發(fā)展起來的一類新型天線。早在1953年就提出了微帶天線的概念，但并未引起工程界的重視。在50年代和60年代只有一些零星的研究，真正的發(fā)展和使用是在70年代。常用的一類微帶天線是在一個薄介質(zhì)基(如聚四氟乙烯玻璃纖維壓層)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成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(gòu)成了微帶天線。當貼片是一面積單元時， 稱它為微帶天線；若貼片是一細長帶條則稱其為微帶陣子天線。非左手材料復(fù)合極子天線，增益低、頻帶窄、反射系數(shù)高、回波損耗高，故天線性能表現(xiàn)差，抗干擾能力弱，使用范圍十分的有限。而由于特定頻率范圍內(nèi)對天線的要求不同， 所以天線的結(jié)構(gòu)也存在差異，本發(fā)明的目的就在特定頻率下，增強天線的增益，減少其回波損耗。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明主要提供一種雙排矩S形極子天線，在特定頻率范圍內(nèi)會大大加強電磁波共振強度，使得該結(jié)構(gòu)對電磁能量的局域化程度有明顯的提高，天線增益明顯增大，并表現(xiàn)為較低的回波損耗。實現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)方案一種雙排矩S形極子天線，包括上層介質(zhì)基板、下層介質(zhì)基板、復(fù)合極子天線、雙排矩S形諧振結(jié)構(gòu)和金屬條，所述上層介質(zhì)基板的背面和下層介質(zhì)基板的正面貼合在一起，所述復(fù)合極子天線為條形結(jié)構(gòu)，分為前端、中端和末端，安裝于所述上層介質(zhì)基板橫向中線處，且其長度小于所述上層介質(zhì)基板的長度；所述雙排矩S形諧振結(jié)構(gòu)對稱的固定在所述復(fù)合極子天線末端的兩側(cè)，每側(cè)3個，其與所述復(fù)合極子天線的距離相等；，所述復(fù)合極子天線通過金屬條與每個雙排矩S形諧振結(jié)構(gòu)相連；所述下層介質(zhì)基板的背面安裝一層金屬接地板。進一步，所述雙排矩S形諧振結(jié)構(gòu)由兩個相同的單排矩S形諧振結(jié)構(gòu)并列而成，任一單排矩S形諧振結(jié)構(gòu)由一個S形開口環(huán)和兩個相同的U形開口環(huán)組成，所述兩個U形開
3口環(huán)分別位于所述S形開口環(huán)的開口內(nèi)，且其開口方向與所述S形開口環(huán)的開口方向相對。進一步，所述復(fù)合極子天線的末端與所述上層介質(zhì)基板有一定間隔。進一步，所述上層介質(zhì)基板和下層介質(zhì)基板的長度和寬度分別相同，且上層介質(zhì)基板的厚度小于下層介質(zhì)基板的厚度。進一步，所述上層介質(zhì)基板的相對介電常數(shù)小于下層介質(zhì)基板的相對介電常數(shù)。本發(fā)明的有益效果是采用雙排矩S形諧振結(jié)構(gòu)和復(fù)合極子天線的組合可以增加了磁導(dǎo)率，金屬條增加了天線介質(zhì)的介電常數(shù)，因此雙排矩S形極子在頻率特定范圍內(nèi)會大大加強電磁波共振強度，使得該結(jié)構(gòu)對電磁能量的局域化程度有明顯的提高，天線增益明顯增大，且回波損耗較低。


下面結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明作進一步詳細說明 圖1是本發(fā)明雙排矩S形極子天線上層結(jié)構(gòu)示意圖2是本發(fā)明雙排矩S形極子天線下層結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3是本發(fā)明雙排矩S形極子天線雙排矩S形諧振結(jié)構(gòu)示意圖； 圖4是本發(fā)明雙排矩S形極子天線的Sll圖； 圖5是本發(fā)明雙排矩S形極子天線的駐波比； 圖6是本發(fā)明雙排矩S形極子天線的反射系數(shù)； 圖7是本發(fā)明雙排矩S形極子天線的增益示意圖。圖中1-上層介質(zhì)基板，2-下層介質(zhì)基板，3-雙排矩S形諧振結(jié)構(gòu)，4-復(fù)合極子天線，5-金屬條。
具體實施例方式如圖1所示為雙排矩S形極子天線的上層結(jié)構(gòu)。上層介質(zhì)基板1的大小為 Hl (18mm) XLl (60mm) XDl (Imm)，上層介質(zhì)基板1的相對介電常數(shù)為2. 2，復(fù)合極子天線4位于上層介質(zhì)基板1橫向的中線處，復(fù)合極子天線4為長條形結(jié)構(gòu)，分為前端、中端和末端，其前端長度L2=16mm，寬度H2=l. 4mm,中端長度L3=26mm，寬度H3=0. 8mm,末端長度L2=16mm，寬度H2=l. 4mm。復(fù)合極子天線4的末端兩層對稱的分布六組周期性排列雙排矩S形諧振結(jié)構(gòu)3，每側(cè)三組，每組有雙排矩S形諧振結(jié)構(gòu)3，且通過金屬條5與復(fù)合極子天線4的末端相連。每個金屬條5的長度L5=7. 5mm,寬度H4=0. 5mm,雙排矩S形諧振結(jié)構(gòu)3到金屬條5的距離為L4=0. 9mm。如圖2所示為下層結(jié)構(gòu)。下層介質(zhì)基板2的大小為 Hl (18mm) XLl (60mm) XDl ^iim)，介質(zhì)基板的相對介電常數(shù)為10，在介質(zhì)基板2背面覆蓋一個金屬接地板。上層介質(zhì)基板1的背面和下層介質(zhì)基板2的正面貼合在一起，組成雙排矩 S形極子天線的結(jié)構(gòu)。如圖3所示，每個雙排矩S形諧振結(jié)構(gòu)3均由兩個相同的單排矩S形諧振結(jié)構(gòu)并列而成，任一單排矩S形諧振結(jié)構(gòu)由一個S形開口環(huán)和兩個U形開口環(huán)組成。S形開口環(huán)的寬為H5=l. 4mm,長為L6=3. Imm ；每個U形開口環(huán)的寬為H6=0. 9mm,長為L7=0. 9mm, U形開口環(huán)置于S形開口環(huán)的開口處，且，U形開口環(huán)的開口方向與S形開口環(huán)的開口方向相對。本發(fā)明采用時域有限差分法研究雙排矩S形極子天線的性能，通過仿真分析得到對應(yīng)的性能參數(shù)，雙排矩S形極子天線等效左手介質(zhì)的有效介電常數(shù)和有效磁導(dǎo)率采用 NRW方法從S參數(shù)中提取。如圖4所示，經(jīng)過FDTD電磁仿真軟件仿真得到回波損耗sll特性，在頻率 4. 59546GHz處最小回波損耗sll約為-18. 4214dB,說明雙排矩S形諧振結(jié)構(gòu)能進一步減少回波損耗。如圖5所示，天線在頻率4. 5%46GHz處的駐波比為1. 27255，說明雙排矩S形諧振結(jié)構(gòu)能減少信號發(fā)射損耗。如圖6所示，天線在在頻率4. 5卯46GHz處的反射系數(shù)為0. 119931，說明雙排矩S
形諧振結(jié)構(gòu)能有效減小反射波，使得天線輻射更多的能量。如圖7所示，得到天線增益特性，雙排矩S形極子天線在頻率f=150GHz時正向增益最大約為5. 25776dB，說明雙排矩S形諧振結(jié)構(gòu)可以較大提高貼片天線的增益。通過分析，發(fā)現(xiàn)雙排矩S形極子天線在f=4. 59546GHz頻率附近產(chǎn)生電磁波共振態(tài)，出現(xiàn)介電常數(shù)和磁導(dǎo)率的實部同時為負值，其折射率也是負值，大大加強了電磁波共振強度，使得雙排矩S形結(jié)構(gòu)對電磁能量的局域化程度有明顯提高，天線增益明顯增大并表現(xiàn)為較低的回波損耗。因此，雙排矩S形極子天線增加了天線耦合到空間的電磁波輻射功率，從而提高了貼片天線增益和信噪比，較好地改善了天線的性能。本實施例的極子天線的優(yōu)選在頻率為4. 5卯46GHz 士 IOOMHz的范圍內(nèi)使用，其增益增大，回波損耗降低。當然將本實施例的尺寸等比例改變，還可以得到其他頻率范圍的極子天線的效果，也屬于本發(fā)明的保護范圍。
權(quán)利要求
1.一種雙排矩S形極子天線，包括上層介質(zhì)基板(1)、下層介質(zhì)基板(2)和復(fù)合極子天線(4)，所述上層介質(zhì)基板(1)的背面和下層介質(zhì)基板(2)的正面貼合在一起，其特征在于還包括雙排矩S形諧振結(jié)構(gòu)(3)，所述復(fù)合極子天線(4)為條形結(jié)構(gòu)，分為前端、中端和末端，安裝于所述上層介質(zhì)基板(1)橫向中線處，且其長度小于所述上層介質(zhì)基板(1)的長度；所述雙排矩S形諧振結(jié)構(gòu)(3)對稱的固定在所述復(fù)合極子天線(4)末端的兩側(cè)，每側(cè)3 個，其與所述復(fù)合極子天線(4)的距離相等；所述復(fù)合極子天線(4)通過金屬條(5)與每個雙排矩S形諧振結(jié)構(gòu)(3)相連；所述下層介質(zhì)基板(2)的背面安裝一層金屬接地板。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙排矩S形極子天線，其特征在于所述雙排矩S形諧振結(jié)構(gòu)(3)由兩個相同的單排矩S形諧振結(jié)構(gòu)并列而成，任一單排矩S形諧振結(jié)構(gòu)由一個S 形開口環(huán)和兩個相同的U形開口環(huán)組成，所述兩個U形開口環(huán)分別位于所述S形開口環(huán)的開口內(nèi)，且其開口方向與所述S形開口環(huán)的開口方向相對。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙排矩S形極子天線，其特征在于所述復(fù)合極子天線 (4)的末端與所述上層介質(zhì)基板(1)的邊緣有一定間隔。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙排矩S形極子天線，其特征在于所述上層介質(zhì)基板 (1)和下層介質(zhì)基板(2 )的長度和寬度分別相同，且上層介質(zhì)基板(1)的厚度小于下層介質(zhì)基板(2)的厚度。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙排矩S形極子天線，其特征在于所述上層介質(zhì)基板 (1)的相對介電常數(shù)小于下層介質(zhì)基板(2)的相對介電常數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明公開一種雙排矩S形極子天線，包括貼合在一起的上層介質(zhì)基板(1)和下層介質(zhì)基板(2)，該天線還包括雙排矩S形諧振結(jié)構(gòu)(3)和復(fù)合極子天線(4)，雙排矩S形諧振結(jié)構(gòu)(3)對稱的固定在所述復(fù)合極子天線(4)的末端兩側(cè)，所述復(fù)合極子天線(4)通過金屬條(5)與每個雙排矩S形諧振結(jié)構(gòu)(3)相連。雙排矩S形諧振結(jié)構(gòu)(3)和復(fù)合極子天線(4)的組合可以增加了磁導(dǎo)率，在特定頻率范圍內(nèi)可以加強電磁波共振強度，增大天線增益，降低回波損耗。
文檔編號H01Q1/36GK102509856SQ20111031901
公開日2012年6月20日 申請日期2011年10月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月20日
發(fā)明者吳朝輝, 宋雪樺, 尹康明, 楊慶慶, 王利國, 王昌達, 袁昕, 謝桂瑩 申請人:江蘇大學(xué)