CN103296376B - 一种复合基板及天线 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种复合基板，包括第一介质层、第二介质层、第三介质层、多个第一人造微结构与多个第二人造微结构，第一介质层包括第一接触面和第二接触面，第二介质层贴于第一接触面，第一人造微结构紧贴第一接触面地嵌入第二介质层，第二介质层的厚度大于第一人造微结构的厚度；第三介质层贴于第二接触面，第二人造微结构紧贴第二接触面地嵌入第三介质层，第三介质层的厚度大于第二人造微结构的厚度，还提供了一种应用该复合基板的天线。本发明的复合基板对特定频率的电磁信号有吸收的作用，并且通过设计复合基板可以实现不同电磁信号频率的吸收；利用该复合基板制造的天线提高了对需要的电磁信号的接收效率，降低了其他信号带来的干扰。

Description

一种复合基板及天线

技术领域

本发明属于人工电磁材料领域，具体涉及一种应用人工电磁材料的基板及其应用。

背景技术

人工电磁材料是一种新型人工合成材料，包括由金属线构成的具有一定图案形状的人造微结构和人造微结构所附着的基板，多个人造微结构在基板上阵列排布，基板对人造微结构起到支撑作用。这两种材料的叠加会在空间中产生一个等效介电常数与磁导率，这两个物理参数分别对应了材料整体的电场响应与磁场响应。人造微结构阵列分布具有带阻或带通的滤波特性，其频率滤波特性来自它的周期性结构与电磁波的相互作用，这种结构在单元谐振频率附近呈现全反射或者全透过，能反射一个或多个频率，而对其他频率是透明的。由于人造微结构的存在，人工电磁材料对电场和磁场呈现出特殊的响应特性；同时，对金属微结构设计不同的具体结构和形状，可改变整个人工电磁材料的响应特性，实现对一定频率的电磁波的吸收与反射。

传统的PCB基板主要是由高分子，玻纤布等介质材料复合而成。介质材料是电导率低，材料中几乎没有自由电子。在外电场的作用下，材料不会形成宏观电流，但是材料中有很多具有固有振动频率的电偶极子将受到影响，依靠介质的电子极化、离子极化、分子极化或界面极化衰减吸收电磁波，但吸收效果不是很好。因此，需要一种新的基板实现对特定电磁波的吸收或者反射，以获取更好的信号发送与接收的效果。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种复合基板以及应用该复合基板的天线，通过在复合基板上进行人造微结构的结构、排列设计，实现该复合基板对特定频率电磁信号的吸收与反射，应用该复合基板的天线增强了对该特定频率电磁信号的接受能力，为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种复合基板，包括第一介质层、第二介质层、第三介质层、多个第一人造微结构与多个第二人造微结构，所述第一介质层包括第一接触面和第二接触面，所述第二介质层贴于所述第一接触面，所述第一人造微结构紧贴所述第一接触面地嵌入所述第二介质层，所述第二介质层的厚度大于所述第一人造微结构的厚度；所述第三介质层贴于所述第二接触面，所述第二人造微结构紧贴所述第二接触面地嵌入所述第三介质层，所述第三介质层的厚度大于所述第二人造微结构的厚度。

进一步地，所述第一人造微结构阵列分布在所述第一接触面；所述第二人造微结构阵列分布在所述第二接触面。

进一步地，所述第一人造微结构与所述第二人造微结构大小、形状均相同。

作为优选方案，所述第一人造微结构与所述第二人造微结构均间隔分布，所述第一人造微结构与所述第二人造微结构分别对应对方间隔的设置在所述第一接触面和第二接触面上。

作为优选方案，所述第一人造微结构与所述第二人造微结构为十字形、工字形、相互正交的两个工字形或其衍生形状。

进一步地，所述第二介质层的厚度为所述第一人造微结构的厚度的2～5倍；所述第三介质层的厚度为所述第一人造微结构的厚度的2～5倍。

进一步地，所述第一介质层材料为陶瓷或环氧树脂。

进一步地，所述第二介质层、第三介质层为FR-4或F4-B。

本发明还提供了一种天线，包括复合基板和设置于所述复合基板一表面的一馈电点、与所述馈电点相连接的馈线及一金属结构；所述馈线与所述金属结构相互耦合；所述复合基板为上述的复合基板。

作为优选方案，所述金属结构是金属片经镂刻出槽拓扑结构而成。

本发明的复合基板对特定频率的电磁信号在损耗很小的情况下发生了吸收的作用，而对其他频率电磁信号产生了消耗或者反射，增强了对该特定频率下的电磁信号的接收，减小了干扰，并且通过设计复合基板可以实现不同电磁信号频率的吸收；利用该复合基板制造的天线提高了对需要的电磁信号的接收效率，降低了其他信号带来的干扰。

附图说明

图1是本发明复合基板的剖面结构示意图；

图2是图1复合基板中第一介质层第一接触面上第一人造微结构分布示意图；

图3是图1复合基板中第一介质层第二接触面上第二人造微结构分布示意图；

图4是图1复合基板的仿真图；

图5是本发明中天线的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做一步说明。

参见图1所示为本发明复合基板的一种实施方式的剖面结构示意图，该复合基板20包括第一介质层21、第二介质层22、第三介质层23、多个第一人造微结构24与多个第二人造微结构25，该第一介质层21包括第一接触面和第二接触面(图中未示出)，第二介质层22贴于第一接触面，第一人造微结构24紧贴第一接触面地嵌入第二介质层22中。第三介质层23贴于第二接触面，第二人造微结构25紧贴第二接触面地嵌入第三介质层23中。在本实施方式中，第二介质层22和第三介质层23的厚度相等，第一人造微结构24和第二人造微结构25的厚度相等，并且第二介质层22和第三介质层23的厚度是第一人造微结构24和第二人造微结构25厚度的4倍，以确保第一人造微结构24和第二人造微结构25不会从第二介质层22和第三介质层23中露出。第一介质层21材料可以为陶瓷或环氧树脂，它的选择需要考虑复合基板对介电常数的要求，第二介质层22、第三介质层23可以为FR-4或F4-B级材料。

参见图2及图3所示为本发明复合基板第一人造微结构和第二人造微结构在第一介质层上的分布情况，第一人造微结构24和第二人造微结构25分别阵列分布在第一接触面211和第二接触面212上，第一人造微结构24和第二人造微结构25的大小和形状均相同，每个第一人造微结构211和第二人造微结构212均是间隔设置，并且第一人造微结构24与第二人造微结构25分别对应对方间隔的设置在第一接触面211和第二接触面212上，由图2和图3可以明显的看出，每个第一人造微结构24在第一接触面211上的位置对应的第二接触面212上的位置是空位，而在该空位的周围则分布着第二人造微结构25，对于第二人造微结构25在第二接触面212上的位置对应的第二接触面211上的位置是空位，而在该空位的周围则分布着第一人造微结构24。第一人造微结构24与第二人造微结构25可以为为十字形、工字形、相互正交的两个工字形或其衍生形状，本实施方式中第一人造微结构24与第二人造微结构25的形状即为相互正交的两个工字形的衍生形状，该衍生形状可以看成是在正交的工字形的基础上，增加与工字形的连接线相连的成对出现且关于所述工字形的中点对称的线段，该线段与工字形的连接线的宽度。

参见图4为电磁信号通过图1所示的复合基板的仿真图，图4中的实线可知该复合基板对于频率为5.2GHz～6.2GHz的入射电磁信号都能有效地吸收，由图中虚线可知在该频段内入射电磁信号的损耗比较低，因此采用该材料可以减少入射电磁信号的反射，降低能量损耗，增强电磁信号的接收效率。

参见图5为应用本发明复合基板的天线结构示意图，该图中天线10包括复合基板20以及设置在复合基板20上的馈电点5、与该馈电点5相连接的馈线4、平面板状的金属结构6。其中，馈线4与金属结构6相互耦合；金属结构6是金属片经镂刻出槽拓扑结构61而成，镂刻时去除槽拓扑结构61对应的材料，剩余的金属片即为金属结构6，在镂刻出槽拓扑结构61后，金属片上呈现出包括在金属结构6内的金属走线62；槽拓扑结构61中相邻槽的间距即为金属走线62的宽度，槽拓扑结构61的槽宽与金属走线62的宽度相等；复合基板20为图1所标示出的复合基板。

在本实施例中，金属结构6为轴对称的平面板状。其中金属结构6为铜或银材料制成。优选为铜，价格低廉，导电性能好。为了实现更好阻抗匹配，金属结构6也可为铜和银组合。

馈线4与金属结构6之间信号馈入方式可以有多种。所述馈线4直接与所述金属结构6相连；且所述馈线4与金属结构6的相连接点位置可以位于金属结构6上的任意位置。馈线4采用包围方式设置于所述金属结构6外围且馈线4的末端设置于金属结构6外围任意位置。

由于本发明的主要性能都集中在金属结构6槽拓扑结构61的设计，因此，馈线4的引线对单极天线10的辐射频率影响相对较小。

本发明中，关于天线10的加工制造，只要满足本发明的设计原理，可以采用各种制造方式。例如参照各类印刷电路板(PCB)的制造方法，如覆铜的PCB制造均可满足本发明的加工要求。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (9)

1.一种复合基板，其特征在于，包括第一介质层、第二介质层、第三介质层、多个第一人造微结构与多个第二人造微结构，所述第一介质层包括第一接触面和第二接触面，所述第二介质层贴于所述第一接触面，所述第一人造微结构紧贴所述第一接触面地嵌入所述第二介质层，所述第二介质层的厚度大于所述第一人造微结构的厚度；所述第三介质层贴于所述第二接触面，所述第二人造微结构紧贴所述第二接触面地嵌入所述第三介质层，所述第三介质层的厚度大于所述第二人造微结构的厚度，

其中，所述第一人造微结构与所述第二人造微结构均间隔分布，每个所述第一人造微结构在第二接触面上对应的位置是空位，并且周围分布所述第二人造微结构，每个所述第二人造微结构在第一接触面上对应的位置是空位，并且周围分布所述第一人造微结构。

2.根据权利要求1所述的复合基板，其特征在于，所述第一人造微结构阵列分布在所述第一接触面；所述第二人造微结构阵列分布在所述第二接触面。

3.根据权利要求2所述的复合基板，其特征在于，所述第一人造微结构与所述第二人造微结构大小、形状均相同。

4.根据权利要求1所述的复合基板，其特征在于，所述第一人造微结构与所述第二人造微结构为十字形、工字形、相互正交的两个工字形或其衍生形状。

5.根据权利要求1至4任一项所述的复合基板，其特征在于，所述第二介质层的厚度为所述第一人造微结构的厚度的2～5倍；所述第三介质层的厚度为所述第一人造微结构的厚度的2～5倍。

6.根据权利要求1至4任一项所述的复合基板，其特征在于，所述第一介质层材料为陶瓷或环氧树脂。

7.根据权利要求1至4任一项所述的复合基板，其特征在于，所述第二介质层、第三介质层为FR-4或F4-B。

8.一种天线，包括复合基板和设置于所述复合基板一表面的一馈电点、与所述馈电点相连接的馈线及一金属结构；所述馈线与所述金属结构相互耦合；所述复合基板为权利要求1-7任一项所述的复合基板。

9.根据权利要求8所述的天线，其特征在于，所述金属结构是金属片经镂刻出槽拓扑结构而成。