CN106450713A - 加载左手材料的电磁偶极子天线 - Google Patents

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邹宇锋
申东娅
马超骏
李兴兴
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马祖辉
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Abstract

本发明涉及一种应用于WLAN频段的新型加载左手材料的电磁偶极子天线，属于无线通信技术领域。本发明新型加载左手材料的电磁偶极子天线由反射板和介质板构成的加载左手材料的电磁偶极子天线。其中：介质板的正面上部印刷有V形左手材料阵列；在V形阵列左下侧印刷有领结形电偶极子的左臂；在领结形电偶极子的左臂下侧印刷左半环形磁偶极子天线和巴伦馈电微带线；介质板的反面面印刷有与领结形电偶极子的左臂对称的领结形电偶极子的右臂，并在领结形电偶极子的右臂的下侧印刷有右半环形磁偶极子天线和巴伦馈电微带线；介质板垂直放置于长方体金属反射板的上方；馈电口是位于反射板中部的小孔，它使同轴馈线的内导体可以顺利与巴伦馈电微带线下部相连形为天线馈电。本发明加载左手材料的电磁偶极子天线具有尺寸小，结构简单，易加工，高增益，低损耗和结构稳定等优点。

Description

加载左手材料的电磁偶极子天线
技术领域
本发明设计新型加载左手材料的电磁偶极子天线，属于无线通信技术领域。
背景技术
互补天线由于其稳定的带内增益、低背瓣和E面、H面方向图很好的相似性等优越的特性一直以来都备受关注。互补天线中最具代表性的就是电磁偶极子天线，电磁偶极子天线由于同时具有电偶极子和磁偶极子辐射特性，因而在方向图上具有很好的一致性。2013年报道了一种垂直平面印刷的定向电磁偶极子天线，该天线由一个领结形电偶极子和一个环形磁偶极子构成，具有很好的E面、H面相似性，但是工作带宽很窄，增益不高。
为了改善天线性能且又不增加尺寸和复杂度，加载超材料单元是一个较好的选择。目前已有研究证明左手材料按一定方式加载在天线上可以起到减小器件尺寸、拓宽工作带宽、改善性能等方面的作用。因而，使用左手材料改善电磁偶极子性能是一种较理想的方式。
本发明设计的一种加载左手材料的新型电磁偶极子天线，具有稳定的天线增益和方向图。
本发明内容，经文献检索，未见与本发明相同的公开报道。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术之不足，设计出加载左手材料的电磁偶极子天线。
本发明的新型加载左手材料的电磁偶极子天线如图1所示，加载左手材料的电磁偶极子天线，包括：介质板（1），左手材料单元（2，3，4），领结形电偶极子(5，6),环形磁偶极子(7，8)，巴伦馈电微带线（9、10），长方形金属反射板（11）和馈电口（12）；其中：
a. 如图1和2介质板（1）的正面上印刷有领结形电偶极子的左臂（5）；在该臂下侧印刷有磁偶极子的左半环（7）和巴伦馈电微带线（9）；
b.如图1和3介质板（1）的反面印刷有领结形电偶极子的右臂（6），在电偶极子的右臂（6）的下侧印刷有磁偶极子的右半环（8）和巴伦馈电微带线（10）；
c.如图1和2所示，在介质板（1）的正面，电偶极子中心上方A处印刷有一个左手材料阵列，该阵列由三个左手材料单元构成，分别为左侧单元（2）、中间单元（3）和右侧单元（4）;
d.介质板（1）垂直放置于金属反射板（11）的上方；在反射板（11）中部开有馈电口（12），同轴馈线的内导体通过馈电口（12）与巴伦馈电微带线（10）下部相连为天线馈电；
e. 如图4所示，左手材料阵列的每个单元是一个“类工字形”结构，“类工字形”是一个由微带线连接了两个开口相对的改进型开口谐振环而构成的；
f.如图5所示，三个左手材料单元（2、3、4）在水平方向的相互间隔为P，中间单元（3）相对于左右两侧的2个单元（2、4）来说在垂直方向上向下平移了L的距离；三个左手材料单元（2、3、4）形成一个V形的左手材料阵列；
如上所述左侧的左手材料单元（2）、中间的左手材料单元（3）和右侧的左手材料单元（4）构成的左手材料阵列提高了工作带宽，并使工作带宽内增益提高。
本发明与现有技术相比，具有如下优点：
1、具有小尺寸，易加工，制造成本低；
2、低损耗，结构稳定，高增益；
3、具有较宽的工作带宽。
附图说明
图1为本发明加载左手材料的电磁偶极子天线示意图。
图2为本发明介质板的正面图。
图3为本发明介质板的反面图。
图4为左手材料单元示意图。
图5为左手材料阵列示意图。
图6为天线反射系数测试与仿真结果对比。
图7为天线加载左手材料阵列后与加载左手阵列前增益的对比。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明的技术方案作进一步详细地说明。
如图1所示，加载左手材料的电磁偶极子天线，包括：介质板（1），左手材料单元（2，3，4），领结形电偶极子(5，6),环形磁偶极子(7，8)，巴伦馈电微带线（9、10），长方形金属反射板（11）和馈电口（12）；其中：
a. 如图1和2所示，介质板（1）的正面上印刷有领结形电偶极子的左臂（5）；在该臂下侧印刷有磁偶极子的左半环（7）和巴伦馈电微带线（9）；
b. 如图1和3所示，介质板（1）的反面印刷有领结形电偶极子的右臂（6），在电偶极子的右臂（6）的下侧印刷有磁偶极子的右半环（8）和巴伦馈电微带线（10）；
c. 如图1和2所示，在介质板（1）的正面，电偶极子中心上方A处印刷有一个左手材料阵列，该阵列由三个左手材料单元构成，分别为左侧单元（2）、中间单元（3）和右侧单元（4）;
d.如图1所示，介质板（1）垂直放置于金属反射板（11）的上方；在反射板（11）中部开有馈电口（12），同轴馈线的内导体通过馈电口（12）与巴伦馈电微带线（10）下部相连为天线馈电；
e. 如图4所示，左手材料阵列的每个单元是一个“类工字形”结构，“类工字形”是一个由微带线连接了两个开口相对的改进型开口谐振环而构成的；
f.如图5所示，三个左手材料单元（2、3、4）在水平方向的相互间隔为P，中间单元（3）相对于左右两侧的2个单元（2、4）来说在垂直方向上向下平移了L的距离；三个左手材料单元（2、3、4）形成一个V形的左手材料阵列；
在本实施的一个案例中，介质板（1）采用介电常数为2.2和损耗角正切为0.0009的Rogers RT/duroid 5880 (tm)介质材料，尺寸为80mm*60mm*0.78mm，反射板（11）采用金属铜材料，尺寸为110mm*110mm*2mm；左手材料单元的尺寸为10.95mm*11.85mm；其余尺寸具体值见下表（单位：mm）。
本发明的加载了左手材料的电磁偶极子天线尺寸小、结构简单、便于实现。相对于为加载左手材料的电磁偶极子来说，具有更宽的工作带宽，更高的增益和更好的方向图稳定性。工作频率范围为2.2GHz-2.9GHz，覆盖了WLAN频段。
以上对本发明的较佳实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (3)

1.加载左手材料的电磁偶极子天线，包括：介质板（1），左手材料单元（2，3，4），领结形电偶极子(5，6),环形磁偶极子(7，8)，巴伦馈电微带线（9、10），长方形金属反射板（11）和馈电口（12）；
所述介质板（1）的正面上印刷有领结形电偶极子的左臂（5）；在该臂下侧印刷有磁偶极子的左半环（7）和巴伦馈电微带线（9）；介质板（1）的反面印刷有领结形电偶极子的右臂（6），在电偶极子的右臂（6）的下侧印刷有磁偶极子的右半环（8）和巴伦馈电微带线（10）；
所述介质板（1）的正面，电偶极子中心上方A处印刷有一个左手材料阵列，该阵列由三个左手材料单元构成，分别为左侧单元（2）、中间单元（3）和右侧单元（4）;
所述介质板（1）垂直放置于金属反射板（11）的上方；在反射板（11）中部开有馈电口（12），同轴馈线的内导体通过馈电口（12）与巴伦馈电微带线（10）下部相连为天线馈电；
所述左手材料阵列的每个单元是一个“类工字形”结构，“类工字形”是一个由微带线连接了两个开口相对的改进型开口谐振环而构成的。
2.根据权利要求 1 所述的加载左手材料的电磁偶极子天线，其特征在于：三个左手材料单元的中间单元相对于左右两侧的2个单元来说在垂直方向上向下平移了一个距离；三个左手材料单元形成一个V形的左手材料阵列。
3.根据权利要求 1和2所述的加载左手材料的电磁偶极子天线，其特征在于：介质板采用介电常数为2.2和损耗角正切为0.0009的Rogers RT/duroid 5880 (tm)介质材料，尺寸为80mm*60mm*0.78mm，反射板采用金属铜材料，尺寸为110mm*110mm*2mm；左手材料单元的尺寸为10.95mm*11.85mm；左手材料单元的A为14.225mm，P为13mm，L为4.5mm，H1为8.55mm，H2为3.45mm，H3为1.275mm，H4为1.5mm，D1为11.85mm，D2为1.65mm，D3为1.2mm。
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