CN104505581A - 一种基于左手材料的方形框贴片天线 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于左手材料的方形框贴片天线，包括介质基板、金属接地板、复合贴片天线、方形金属谐振环、金属条；复合贴片天线由方形框金属贴片天线和微带馈线组成，微带馈线用于对方形框金属贴片天线馈电，复合贴片天线固定在介质基板的正面；介质基板的正面还设有周期性排列的方形金属谐振环和金属条，方形金属谐振环包括两个相互嵌套的方形开口环，一个方形开口环嵌套在另一个方形开口环内，两个方形开口环的开口方向相反；介质基板的反面贴有金属接地板。采用本发明实施例，该复合型结构对电磁能量的局域化程度有了明显的提高，导致天线增益明显增大，并表现为较低的回波损耗，较好地改善了天线的性能，可广泛应用于移动通信、卫星通信以及航空航天等领域。

Description

一种基于左手材料的方形框贴片天线

技术领域

本发明属于通信技术领域，具体涉及一种基于左手材料的方形框贴片天线。

背景技术

左手材料是一种新型周期结构的人工电磁媒质，其介电常数和磁导率同时为负，因此，当电磁波在这种双负介质材料中传播时，波传播的电矢量、磁矢量和波矢量三者满足左手定则，所以被称为左手材料，或称负折射材料。早在1968年，V.G.Veselageo就从理论上研究了左手材料中的反常电磁现象。2000年，Smith等人在微波波段首次发现用特殊微结构周期排列的复合介质可以同时得到负的介电常量和负的磁导率，从实验上验证了这种材料可以通过人工方法制得。左手材料具有很多奇特的光学与电磁学性质，如逆多普勒效应、逆切伦科夫辐射、反常折射现象等。这些特性展现了左手材料在光与电磁波领域具有潜在的重要应用价值。现有技术中的天线回波损耗较高，而且满足不了特殊条件下对天线高增益的要求。

发明内容

本发明实施例提供一种基于左手材料的方形框贴片天线，在某频率范围内，加强了电磁波共振强度，提高了电磁能量的局域化程度，降低天线的回波损耗，增大了增益，可广泛应用于移动通信、卫星通信以及航空航天等领域。

本发明实施例提供一种基于左手材料的方形框贴片天线，其特征在于，包括：介质基板、金属接地板、复合贴片天线、方形金属谐振环、金属条；

所述复合贴片天线由方形框金属贴片天线和微带馈线组成，所述微带馈线用于对所述方形框金属贴片天线馈电，所述复合贴片天线固定在所述介质基板的正面；

所述介质基板的正面还设有周期性排列的所述方形金属谐振环和所述金属条，所述方形金属谐振环包括两个相互嵌套的方形开口环，一个方形开口环嵌套在另一个方形开口环内，两个方形开口环的开口方向相反；

所述介质基板的反面贴有所述金属接地板。

进一步的，所述介质基板正面分别刻蚀所述方形框金属贴片天线、所述微带馈线、所述方形金属谐振环和所述金属条；

方形金属谐振环周期排列在方形框金属贴片天线内，在方形框金属贴片天线内平均排布7×7个方形金属谐振环，并在方形金属谐振环阵列的两侧以及任意相邻两列方形金属谐振环之间分别嵌入一根金属条，一共嵌入八根金属条。

再进一步的，介质基板的相对介电常数为10。

更进一步的，相邻方形金属谐振环中心间距为40mm。

本发明实施例提供的一种基于左手材料的方形框贴片天线，通过在普通贴片天线的基础上加入了左手材料组合形成复合型贴片天线。利用左手材料的特性，在4.2GHz频率处产生的电磁波共振态，出现介电常数和磁导率的实部同时为负值，其折射率也为负值，此效应大大加强了电磁波共振强度，导致天线增益明显增大。

附图说明

图1为本发明提供的基于左手材料的方形框贴片天线的实施例的正面结构示意图；

图2为本发明提供的基于左手材料的方形框贴片天线的实施例的方形金属谐振环正面结构示意图；

图3为本发明提供的基于左手材料的方形框贴片天线的实施例的回波损耗示意图；

图4为本发明提供的基于左手材料的方形框贴片天线的实施例的增益示意图；

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参见图1、2，对本发明提供的基于左手材料的方形框贴片天线的实施例的结构进行详细说明。

参见图1，为本发明提供的基于左手材料的方形框贴片天线的实施例的正面结构示意图。

在介质基板1正面分别刻蚀方形框金属贴片天线3、微带馈线4，在介质基板1反面贴有金属接地板。微带馈线4作为方形框金属贴片天线3的电波信号馈入源，连接着方形框金属贴片天线3，方形框金属贴片天线3中间的介质基板上刻蚀出7×7的方形金属谐振环6和8根金属条7。

介质基板1的尺寸为400mm×400mm×9mm，介质基板1的相对介电常数为10，在介质基板1正面固定有宽度为4mm的方形框金属贴片天线3，方形框金属贴片天线3外框边长为324mm，内框边长为316mm，外框距介质基板1边缘距离为38mm。方形框金属贴片天线3内嵌入7×7周期性排列方形金属谐振环6，方形金属谐振环6(图2)线宽为1.9mm，相邻方形金属谐振环6中心的间距为40mm。方形金属谐振环6间嵌入8根金属条7，金属条7长为280mm，宽为3mm，相邻金属条7的间距为40mm。

在介质基板1的反面贴有金属接地板，尺寸为400mm×400mm。方形框金属贴片天线3与长为38mm，宽为4mm的微带馈线4相连构成复合贴片天线。激励源采用高斯离散源，通过微带馈线4给方形框金属贴片天线3馈电。

应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，可将介质基板1的相对介电常数设定为其他数值，可将相邻方形金属谐振环6中心间距设定为其他数值，这些改进也视为本发明的保护范围。

参见图3，为本发明提供的基于左手材料的方形框贴片天线的实施例的回波损耗示意图；

用电磁仿真软件对这种复合型方形框贴片天线进行仿真实验。实验得到如图3所示的回波损耗s11特性，在频率4.2GHz处最小回波损耗s11约为-31.3dB，说明复合型结构能进一步减少回波损耗。

参见图4，为本发明提供的基于左手材料的方形框贴片天线的实施例的增益示意图；

如图4所示，得到增益特性，加入方形金属谐振环6和金属条7后，这种基于左手材料的方形框贴片天线正向增益最大约为11.33dB，说明在复合贴片天线中加入方形金属谐振环6和金属条7的复合型结构可以较大提高贴片天线的增益。

本发明实施例提供的一种基于左手材料的方形框贴片天线，通过在普通贴片天线的基础上加入了左手材料组合形成复合型贴片天线。利用左手材料的特性，在4.2GHz频率处产生的电磁波共振态，出现介电常数和磁导率的实部同时为负值，其折射率也为负值，此效应大大加强了电磁波共振强度，导致天线增益明显增大，可广泛应用于移动通信、卫星通信以及航空航天等领域。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种基于左手材料的方形框贴片天线，其特征在于，包括：介质基板、金属接地板、复合贴片天线、方形金属谐振环、金属条；

所述复合贴片天线由方形框金属贴片天线和微带馈线组成，所述微带馈线用于对所述方形框金属贴片天线馈电，所述复合贴片天线固定在所述介质基板的正面；

所述介质基板的正面还设有周期性排列的所述方形金属谐振环和所述金属条，所述方形金属谐振环包括两个相互嵌套的方形开口环，一个方形开口环嵌套在另一个方形开口环内，两个方形开口环的开口方向相反；

所述介质基板的反面贴有所述金属接地板。

2.如权利要求1所述的基于左手材料的方形框贴片天线，其特征在于：所述介质基板正面分别刻蚀所述方形框金属贴片天线、所述微带馈线、所述方形金属谐振环和所述金属条；

方形金属谐振环周期排列在方形框金属贴片天线内，在方形框金属贴片天线内平均排布7×7个方形金属谐振环，并在方形金属谐振环阵列的两侧以及任意相邻两列方形金属谐振环之间分别嵌入一根金属条，一共嵌入八根金属条。

3.如权利要求2所述的基于左手材料的方形框贴片天线，其特征在于：介质基板的相对介电常数为10。

4.如权利要求2所述的基于左手材料的方形框贴片天线，其特征在于：相邻方形金属谐振环中心间距为40mm。