CN102683837B - 基于复合左/右手传输线的双频微带贴片天线 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及双频微带天线。为不受天线尺寸限制，灵活调整天线的谐振频率，本发明采取的技术方案是，基于复合左/右手传输线的双频微带贴片天线，包括接地板，FR4环氧介质基板，馈线，辐射贴片，辐射贴片由依次相邻设置的复合左/右手传输线单元构成，每个复合左/右手传输线单元的结构为两条相互平行长边中间设有交指结构，馈线上设置有复合左/右手传输线单元，馈线上的复合左/右手传输线单元是以蛇行线形状形成；馈线连接到辐射贴片上第一个复合左/右手传输线单元外侧长边的中部，蛇形线短边至馈线连接到辐射贴片的连接点最短距离为8-18mm。本发明主要应用于图像传感器的设计制造。

Description

基于复合左/右手传输线的双频微带贴片天线
技术领域
本发明涉及双频微带天线，具体讲，涉及基于复合左/右手传输线的双频微带贴片天线。
背景技术
近年来，复合左/右手传输线由于其具有的奇异特性已成为电磁领域研究的前沿和热点。复合左/右手传输线兼具左手材料和右手材料的特性：当电磁波在该传输线中传播时，在某个频率范围内其等效介电常数和等效磁导率同时为负值，即电场、磁场、波矢量遵从左手定则；而在另外频率范围内其等效介电常数和等效磁导率同时为正值，即电场、磁场、波矢量遵从右手定则。目前复合左/右手传输线已经发展成为电磁领域中的一个新型范例，并在未来的微波设备研究中拥有不可估量的潜力。
发明内容
本发明旨在克服现有技术的不足，不受天线尺寸限制，灵活调整天线的谐振频率，为达到上述目的，本发明采取的技术方案是，基于复合左/右手传输线的双频微带贴片天线，包括接地板，FR4环氧介质基板，馈线，辐射贴片，辐射贴片由依次相邻设置的复合左/右手传输线单元构成，每个复合左/右手传输线单元的结构为两条相互平行长边中间设有交指结构，交指结构是指：每条长边向对边沿垂直方向设有凸起条，一条长边的第1个凸起条下一位置是对边的凸起条，再下一位置是该条长边的第2个凸起条，依次类推形成交指结构，最后位置复合左/右手传输线单元外长边向外垂直方向设置有凸起条，与一条和该边平行的长边向内垂直方向设置的凸起条形成交指结构；长边及交指结构是侵蚀掉辐射贴片表面的金属层在辐射贴片表面形成无金属层的长边、交指结构，长边的两端设有过孔即探针结构；馈线上设置有复合左/右手传输线单元，馈线上的复合左/右手传输线单元是以蛇行线形状形成，蛇行线是侵蚀掉馈线表面的金属层在馈线表面形成无金属层的蛇行线，蛇形线长边与短边转角均为直角，蛇形线长边与馈线方向平行；馈线连接到辐射贴片上第一个复合左/右手传输线单元外侧长边的中部，蛇形线短边至馈线连接到辐射贴片的连接点最短距离为8-18mm。
接地板由FR4环氧介质基板上金属层侵蚀掉两个尺寸相同U型槽形成，两个U型槽开口相对，底边相互平行，对称设置在馈线轴线两侧，底边长为100mm，U型槽靠近馈电点的一条臂与馈电点的最短垂直距离为8-18mm。
本发明的技术特点及效果：
本发明在地板上加载双U形缝隙，可以达到调整天线谐振频率的目的。
附图说明
图1复合左/右手传输线天线结构及建模示意图。
图2天线馈电电路结构示意图。
图3d＝14mm、15mm、18mm时天线的S11参数。
(a)d＝14mm时，两个谐振频率为2.40GHz(S11＝-16.98dB)和3.01GHz(S11＝-9.68dB)。
(b)d＝15mm时，两个谐振频率为2.25GHz(S11＝-21.35dB)和2.99GHz(S11＝-19.92dB)。
(c)d＝16mm时，两个谐振频率为2.27GHz(S11＝-12.23dB)和2.9GHz(S11＝-11.80dB)。
图4缝隙加载示意图。
图5加载缝隙后的S11参数曲线。
图6复合左/右手传输线等效电路图
具体实施方式
采用复合左/右手传输线技术研制的天线，其谐振频率由串联电容C1、串联电感L1、并联电容C2及并联电感L2决定，复合左/右手传输线的等效电路图如图6所示。本发明利用复合左/右手传输线理论，设计了一种新型双频微带天线，在接地板上加载双U形缝隙，通过改变U形缝隙的参数，可以灵活调整天线的谐振频率。
采用典型的一维微带线实现的复合左/右手传输线来构造天线，建模示意图如图1所示。图中虚线所围部分即为复合左/右手传输线单元。
本天线采用6个复合左/右手传输线单元为辐射贴片，采用50Ω同轴线馈电，在天线一侧加载同轴馈电电路，在馈电点和辐射贴片间加载匹配电路，并在复合左/右手传输线边缘接探针(探针即图1中所示的过孔)以实现阻抗匹配。馈电电路如图2所示。
通过调整馈电电路的交指结构与复合左/右手传输线间的距离d来调整天线与同轴线的阻抗匹配程度。当d取不同值时，对天线仿真得到的S11参数如图3所示。
最后在地板上加载双U形缝隙，以达到方便调节天线谐振频率的目的。如图5所示，在天线接地板上加载双U形缝隙。图5为加载U形缝隙后天线的回波损耗随频率变化曲线。
当d取不同值时，对天线仿真得到的S11参数如图3所示。通过调整馈电电路的交指结构与复合左/右手传输线间的距离d来调整天线与同轴线的阻抗匹配程度。。观察d在8mm到18mm间变化时，发现当d＝15mm时，天线在2.24GHz和2.99GHz两个频率的S11参数大小接近，为-21.95dB和-19.92dB，均远小于-10dB，此时天线的在两个频率上的输入阻抗分别为51.756+j7.6853Ω和46.875+j9.4624Ω，阻抗匹配程度良好。
仍取d＝15mm，计算在地板上加载双U形缝隙后天线的S11曲线，其参数如图5所示。此时，天线的回波损耗值变化不大，而谐振频率却降低了，比之前的谐振频率分别下降260MHz和90MHz，证实了在地板上加载双U形缝隙，可以达到调整天线谐振频率的目的。
采用复合左/右手传输线基于一维微带线的典型结构设计了一种新型双频微带天线，通过调整馈电电路的交指结构与复合左/右手传输线间的距离d，使得天线在两个频率下的输入阻抗能够同时达到匹配，并且在天线接地板上加载双U形缝隙，达到了降低谐振频率的目的。
天线结构如图1所示，采用的基板介电常数为4.5，尺寸为160×30×1.58mm3，天线过孔(即探针)的直径为0.5mm，其他参数如图1所示。天线馈电电路结构如图2所示其中d为馈电电路到传输单元的距离。
天线采用上述的6个传输线单元为辐射贴片，在天线一侧加载同轴馈电电路，采用50Ω同轴线馈电，另一侧采用探针加载以实现终端的阻抗匹配。
当d取不同值时，对天线仿真得到的S11参数如图3所示。通过调整馈电电路的交指结构与复合左/右手传输线间的距离d使得天线与同轴线实现阻抗匹配。
在地板上加载双U形缝隙，结构尺寸如图4所示。通过调整U形缝隙的宽度(图4显示的宽度为1mm)，实现调节天线谐振频率的目的。

Claims (2)

1.一种基于复合左/右手传输线的双频微带贴片天线，包括接地板，FR4环氧介质基板，馈线、辐射贴片，其特征是，辐射贴片由依次相邻设置的复合左/右手传输线单元构成，每个复合左/右手传输线单元的结构为两条相互平行长边中间设有交指结构，交指结构是指：每条长边向对边沿垂直方向设有凸起条，一条长边的第1个凸起条下一位置是对边的凸起条，再下一位置是该条长边的第2个凸起条，依次类推形成交指结构，最后位置复合左/右手传输线单元外长边向外垂直方向设置有凸起条，与一条和该边平行的长边向内垂直方向设置的凸起条形成交指结构；长边及交指结构是侵蚀掉辐射贴片表面的金属层在辐射贴片表面形成无金属层的长边、交指结构，长边的两端设有过孔即探针结构；馈线上设置有复合左/右手传输线单元，馈线上的复合左/右手传输线单元是以蛇形线形状形成，蛇形线是侵蚀掉馈线表面的金属层在馈线表面形成无金属层的蛇形线，蛇形线长边与短边转角均为直角，蛇形线长边与馈线方向平行；馈线连接到辐射贴片上第一个复合左/右手传输线单元外侧长边的中部，蛇形线短边至馈线连接到辐射贴片的连接点最短距离为8-18mm。
2.如权利要求1所述的基于复合左/右手传输线的双频微带贴片天线，其特征是，接地板由FR4环氧介质基板上金属层侵蚀掉两个尺寸相同U型槽形成，两个U型槽开口相对，底边相互平行，对称设置在馈线轴线两侧，底边长为100mm，U型槽靠近馈电点的一条臂与馈电点的最短垂直距离为8-18mm。
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