CN203800171U - 基于左手材料的去互耦天线阵 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及微带天线阵技术领域，具体涉及一种基于左手材料的去互耦天线阵，左手材料覆盖层和天线阵层分别设于中间介质层两侧；左手材料覆盖层由上覆盖层，左手材料介质层和下覆盖层组成，上、下覆盖层之间设置左手材料介质层，下覆盖层与中间介质层相接触，天线阵层由金属贴片层、天线电介质层和金属地板层组成，金属贴片层与中间介质层相接触，天线电介质层设于金属贴片层和金属地板层之间。本实用新型采用平面微带线结构，适于集成批量加工，基本单元I、II分别作为天线阵的上覆盖层和下覆盖层，增加了天线增益、改善了方向性，同时也减小了天线的尺寸；由于左手材料的作用，抑制了天线阵的表面波，减小了阵元之间的互耦。

Description

基于左手材料的去互耦天线阵

技术领域

本实用新型涉及微带天线阵技术领域，具体涉及一种基于左手材料的去互耦天线阵。

背景技术

微带天线阵具有便于集成、剖面低等优点，目前正向民用化和商业化趋势发展。现在的手机使用一个微带天线系统，未来的手机将采用天线阵系统，以便提高系统容量；无线鼠标，电视与其它媒体之间的无线传输，有关物联网概念的无线传输系统以及无线遥控机器人等领域也都用到天线阵系统。

随着通信终端的小型化要求日益提高,人们希望天线阵列之间的间距也随之减小,但此时天线阵列间的互耦效应会增强，互耦的存在会使整个天线阵收发系统性能下降，减小阵列互耦已成为无线通信发展的关键，互耦问题的解决将会对未来无线通信硬件的进一步小型化产生不可估量的推动力。

目前，为了克服阵列间的互耦问题，人们提出了诸多方法和技术，其中较为行之有效的方法有单元之间加载电磁禁带结构、缺陷地结构和左手材料。但是，电磁禁带结构由于需要多个周期而占据较大的空间，这样使得设计紧凑的微带天线阵变得困难；缺陷地结构需要在地板上刻蚀槽缝而导致电磁能量的后向辐射，从而会降低阵列增益。

2010年，唐明春等在物理学报上撰文，报道了贴有单层带有缝隙的金属环构成的左手材料的微带天线阵，分析了中心频率为5.65GHz的微带天线阵的互耦情况，表明，左手材料抑制了互耦。同年，Salma等在期刊AEU-International Journal of Electronics andCommnnication发表文章，也采用带有缝隙的金属环左手材料结构，分析了中心频率为4.55GHz的微带天线阵的互耦情况，也得到了抑制互耦的效果。

但上述左手材料结构只考虑了两个天线之间的互耦，没有考虑三个以上天线的交叉互耦现象。目前尚没有文献和专利提出基于左手材料抑制四个阵元之间互耦的方法和技术。

实用新型内容

为克服上述技术中的不足，本实用新型的目的在于：提供一种基于左手材料的去互耦天线阵，采用平面微带天线结构，天线阵的剖面维度小，适应于集成批量加工。

本实用新型为解决其技术问题所采用的技术方案为：

所述基于左手材料的去互耦天线阵，包括左手材料覆盖层、中间介质层和天线阵层，左手材料覆盖层和天线阵层分别设于中间介质层两侧；左手材料覆盖层由上覆盖层、左手材料介质层和下覆盖层组成，上覆盖层和下覆盖层之间设置左手材料介质层，下覆盖层与中间介质层相接触，天线阵层由金属贴片层、天线电介质层和金属地板层组成，金属贴片层与中间介质层相接触，天线电介质层设于金属贴片层和金属地板层之间。

本实用新型加工方法：

首先制作左手材料覆盖层,在介电常数为2.2，厚度为1mm，长度为40mm，宽为38mm的左手材料介质层上下两面分别刻印上覆盖层和下覆盖层，构成左手材料覆盖层，左手材料介质层采用RogersRT/duroid5880制成；其次，在介电常数为2.2，厚度为1.2mm,长度为40mm，宽为38mm的天线电介质层上下两面分别刻印天线阵层和金属地板层，构成天线阵层，天线电介质层采用RogersRT/duroid5880制成；最后，在介电常数为4.4，厚度为1.4mm，长度为40mm，宽度为38mm中间介质层上，分别在上下两面刻印左手材料覆盖层和天线阵层，完成整体结构，中间介质层采用聚四氟乙烯制成，天线阵层由四个矩形金属贴片组成，四个金属贴片分别在微带线处馈电。

优选地，所述上覆盖层包括四个基本单元I，四个基本单元I关于上覆盖层中心点对称设置，每个基本单元I包括四条边中间位置开口的正方形金属框I和金属条，金属条两端点分别设于金属框I两条平行边的开口中，金属框I开口宽度为0.4mm；金属框I边长为9mm；金属框I框条宽度为1mm；金属条宽度15为0.2mm；基本单元I行间距和列间距均为6mm。

优选地，所述下覆盖层包括四个基本单元II，四个基本单元II关于下覆盖层中心点对称设置，每个基本单元II设为四条边中间位置开口的正方形金属框II，金属框II结构和尺寸与金属框I均相同，金属框II开口处不设置金属条。

优选地，所述金属贴片层包括四个矩形金属贴片，四个矩形金属贴片关于金属贴片层中心对称设置，每个金属贴片与微带线连接，金属贴片长度为13mm；金属贴片宽度为13mm；金属贴片列间距为4mm，行间距28为6mm；金属贴片离中间介质层边缘距离5mm；微带线长度为4mm；微带线宽度为1.5mm。

本实用新型的基本原理是利用左手材料的特性改变天线之间的表面波的传输方向，减小相邻天线间表面波相互影响，减小天线之间的耦合系数，从而减小互耦，基本单元I和基本单元II的本构参数能够影响透射系数和反射系数，减小天线的品质因数，也能够改善阻抗带宽。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

本实用新型采用平面微带天线结构，天线阵的剖面维度小，适应于集成批量加工，基本单元I和基本单元II分别作为天线阵的上覆盖层和下覆盖层，增加了天线增益、改善了方向性，同时也减小了天线的尺寸；由于左手材料的作用，抑制了天线阵的表面波，减小了阵元之间的互耦。

本实用新型提供的工作频率为7.2GHz的2×2天线阵，阵元间的互耦小，天线阵的E面，H面和交叉面耦合系数均小于-30dB，天线增益高，达到86%的辐射效率，适用于卫星通信、电视、长途电话及商业网络等领域。

附图说明

图1本实用新型结构示意图。

图2上覆盖层结构示意图。

图3下覆盖层结构示意图。

图4金属贴片层结构示意图。

图5金属地板层结构示意图。

图中：1、上覆盖层；2、左手材料介质层；3、下覆盖层；4、中间介质层；5、金属贴片层；6、天线电介质层；7、金属地板层；8、基本单元I；9、基本单元II；10、金属框I；11、金属框II；12、金属条；13、金属贴片；14、微带线。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型实施例做进一步描述：

如图1-5所示，本实用新型所述基于左手材料的去互耦天线阵，包括左手材料覆盖层、中间介质层和天线阵层，左手材料覆盖层和天线阵层分别设于中间介质层两侧；左手材料覆盖层由上覆盖层1、左手材料介质层2和下覆盖层3组成，上覆盖层1和下覆盖层3之间设置左手材料介质层2，下覆盖层3与中间介质层4相接触，天线阵层由金属贴片层5、天线电介质层6和金属地板层7组成，金属贴片层5与中间介质层4相接触，天线电介质层6设于金属贴片层5和金属地板层7之间。

本实用新型加工方法：

首先制作左手材料覆盖层,在介电常数为2.2，厚度为1mm，长度为40mm，宽为38mm的左手材料介质层2上下两面分别刻印上覆盖层1和下覆盖层3，构成左手材料覆盖层，左手材料介质层采用RogersRT/duroid5880制成；其次，在介电常数为2.2，厚度为1.2mm,长度为40mm，宽为38mm的天线电介质层6上下两面分别刻印天线阵层5和金属地板层7，构成天线阵层，天线电介质层6采用RogersRT/duroid5880制成；最后，在介电常数为4.4，厚度为1.4mm，长度为40mm，宽度为38mm中间介质层4上，分别在上下两面刻印左手材料覆盖层和天线阵层，完成整体结构，中间介质层5采用聚四氟乙烯制成，天线阵层由四个矩形金属贴片13组成，四个金属贴片13分别在微带线14处馈电。

其中，上覆盖层1包括四个基本单元I8，四个基本单元I8关于上覆盖层中心点对称设置，每个基本单元I8包括四条边中间位置开口的正方形金属框I10和金属条12，金属条12两端点分别设于金属框I10两条平行边的开口中，金属框I10开口宽度为0.4mm；金属框I10边长为9mm；金属框I10框条宽度为1mm；金属条12宽度15为0.2mm；基本单元I8行间距和列间距均为6mm；下覆盖层3包括四个基本单元II9，四个基本单元II9关于下覆盖层3中心点对称设置，每个基本单元II9设为四条边中间位置开口的正方形金属框II11，金属框II11结构和尺寸与金属框I均相同，金属框II11开口处不设置金属条12；金属贴片层5包括四个矩形金属贴片13，四个矩形金属贴片13关于金属贴片层5中心对称设置，每个金属贴片13与微带线14连接，金属贴片13长度为13mm；金属贴片13宽度为13mm；金属贴片13列间距为4mm，行间距28为6mm；金属贴片13离中间介质层4边缘距离5mm；微带线14长度为4mm；微带线14宽度为1.5mm。

本实用新型的基本原理是利用左手材料的特性改变天线之间的表面波的传输方向，减小相邻天线间表面波相互影响，减小天线之间的耦合系数，从而减小互耦，基本单元I8和基本单元II9的本构参数能够影响透射系数和反射系数，减小天线的品质因数，也能够改善阻抗带宽。

本实用新型采用平面微带天线结构，天线阵的剖面维度小，适应于集成批量加工，基本单元I8和基本单元II9分别作为天线阵的上覆盖层1和下覆盖层3，增加了天线增益、改善了方向性，同时也减小了天线的尺寸；由于左手材料的作用，抑制了天线阵的表面波，减小了阵元之间的互耦。

本实用新型提供的工作频率为7.2GHz的2×2天线阵，阵元间的互耦小，天线阵的E面，H面和交叉面耦合系数均小于-30dB，天线增益高，达到86%的辐射效率，适用于卫星通信、电视、长途电话及商业网络等领域。

Claims (4)

1.一种基于左手材料的去互耦天线阵，其特征在于，包括左手材料覆盖层、中间介质层（4）和天线阵层，左手材料覆盖层和天线阵层分别设于中间介质层（4）两侧；左手材料覆盖层由上覆盖层（1）、左手材料介质层（2）和下覆盖层（3）组成，上覆盖层（1）和下覆盖层（3）之间设置左手材料介质层（2），下覆盖层（3）与中间介质层（4）相接触，天线阵层由金属贴片层（5）、天线电介质层（6）和金属地板层（7）组成，金属贴片层（5）与中间介质层（6）相接触，天线电介质层（6）设于金属贴片层（5）和金属地板层（7）之间。

2.根据权利要求1所述的基于左手材料的去互耦天线阵，其特征在于，所述上覆盖层（1）包括四个基本单元I（8），四个基本单元I（8）关于上覆盖层（1）中心点对称设置，每个基本单元I（8）包括四条边中间位置开口的正方形金属框I（10）和金属条（12），金属条（12）两端点分别设于金属框I（10）两条平行边的开口中。

3.根据权利要求1或2所述的基于左手材料的去互耦天线阵，其特征在于，所述下覆盖层包括四个基本单元II（9），四个基本单元II（9）关于下覆盖层（3）中心点对称设置，每个基本单元II（9）设为四条边中间位置开口的正方形金属框II（11）。

4.根据权利要求1所述的基于左手材料的去互耦天线阵，其特征在于，所述金属贴片层（5）包括四个矩形金属贴片（13），四个矩形金属贴片（13）关于金属贴片层（5）中心对称设置，每个金属贴片（13）与微带线（14）连接。