专利名称：C波段树枝状结构左手材料微带天线的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种微带天线，具体来说，涉及一种C波段(4GHz 8GHz)的利用树枝
状结构左手材料改善天线性能的新型天线。
背景技术：
普通的微带天线是由具有一定厚度的介质基片、导体接地板及辐射贴片三部分组 成。 一般情况下，采用同轴线或微带线馈电，在辐射贴片和导体接地板之间激励起电磁场， 并通过贴片与导体接地板之间的缝隙向外辐射电磁波能量。与其它天线相比，微带天线有很 多优点体积小、重量轻、剖面低、易于做成平面结构；成本低；通过简单馈电易于实现线 极化和圆极化；天线的散射接口较小；易于实现双频双极化等等。因而被广泛应用于卫星通 讯和便携式电子装置。但是微带天线自身的结构特点，导致其也存在一些缺点频带窄；有 导体和介质损耗，因而增益较低；功率容量较小；馈线与辐射元之间的隔离差；可能存在表 面波；性能受基片材料影响大。
近几年，左手材料的提出，有望应用于探测器、隐身材料、微波器件、天线等方面。左 手材料(left-handedmetamaterials)是一种新型周期结构的人工电磁媒质，其介电常数和磁导 率在谐振频段同时为负，该媒质中传播的电磁波的电场E、磁场H以及波矢量k三者构成左 手关系，具有许多奇异的光学和电磁学性能，如负折射率，完美透镜效应，反常Doppler效 应、反常Cherenkov效应等，特别是左手材料中能流方向和波矢方向恰好相反，以指数级数 衰减的倏逝波进入左手材料中将变为指数增强场，实现对倏逝波的放大。因此，在无线电通 信、滤波器、卫星反向天线、超敏感传感器和探测系统等领域将有很好的应用前景
发明内容
本发明的目的是提供一种C波段树枝状结构左手材料微带天线，利用左手材料对 电磁波中的倏逝波有效放大，使倏逝波参与天线对信号的辐射和接收工作，从而达到提高天 线的辐射效率，改善天线增益的目的。本发明的左手材料微带天线包括介质基板；金属接 地板；金属辅射贴片；SMA同轴接头和周期性排列的树枝状结构左手材料单元阵列。用于本 发明的树枝状结构左手材料仅由一种树枝状结构单元组成，可以同时实现负介电常数和负磁 导率。通过改变树枝参数，使树枝结构的左手行为位于微带天线的中心工作频率。本发明所 使用的树枝状结构左手材料与天线的制备方法一样，均采用电路板刻蚀技术，与微带天线一体成型，制备简单，成本低廉。
图1 本发明的树枝状结构左手材料结构单元示意图
图2 本发明实施例一的树枝状结构左手材料微带天线结构示意图
图3 本发明实施例一的树枝状结构左手材料微带天线回波损耗示意图
图4本发明实施例一的树枝状结构左手材料微带天线远场方向图(E面)
图5本发明实施例一的树枝状结构左手材料微带天线远场方向图(H面)
具体实施方式
采用电路板刻蚀技术制备树枝状结构左手材料微带天线，基板材料可以用聚 四氟乙烯、聚乙烯、环氧玻璃布。 一定形状的金属辐射贴片，另一面完全为金属，作为天线 接地板。采用同轴馈电，SMA同轴接头连接金属辐射片和金属接地板，并作为天线的信号馈 入源。在辐射贴片周围的空白介质基板上刻蚀周期排列的金属树枝状结构单元阵列，制备成 树枝状结构左手材料微带天线。树枝从中心向外围的各级分支长度分别为 一级分支长度a =3mm 5.4mm， 二级分支长度b=1.4mm 2.5mm，三级分支长度c= 1.4mm 2.5mm，相邻 两个一级分支间夹角为e,-20。 80。，相邻两个二级分支间夹角为e2=20° 80°，相邻两个 三级分支间夹角为03二20°~80°，线宽wK).2mm 1.5mm，单元晶格常数d二 13.4mm 24mm， 所有金属厚度t二0.02mm 0.05mm。图1是树枝状结构左手材料的结构单元。
本发明的实现过程和材料的性能由实施例和
实施例一
采用电路板刻蚀技术，制作中心工作频率为4.87GHz的树枝状结构左手材料微带天线， 如图2所示。选用面积为100mmxl00mm，厚度为1.5mm的聚四氟乙烯材料(s=2.65)作为 天线的介质基板l，介质基板l一侧的金属铜辐射贴片2的大小为22.5mmxl7.8mm，另一面 完全为金属铜，作为接地板3，采用同轴馈电，SMA同轴接头4连接金属辐射贴片2和金属 接地板3，并作为天线的信号馈入源。在辐射贴片的周围刻蚀周期排列的金属铜树枝状结构 单元阵列5，对于本实施例微带天线，树枝状结构的几何尺寸为 一级分支长度a-5mm， 二 级分支长度b二2.3mm，三级分支长度c二2.3mm，相邻两个一级分支间夹角为e, =45°，相邻 两个二级分支间夹角为92二45°，相邻两个三级分支间夹角为e3=45°，线宽w-0.8mm，晶格常数d=22.4mm，金属厚度t=0.03mm。图3是本实施例树枝状结构左手材料微带天线的回 波损耗曲线，在4.87GHz， Su的峰值为-30.03dB。图4、图5分别是本实施例树枝状结构左 手材料微带天线的E面和H面远场方向图。
实施例二
与实施例一相似，采用电路板刻蚀技术制作中心工作频率为5.85GHz的树枝状结构左手 材料微带天线。选用面积为80mmx80mm，厚度为lmm的聚乙烯材料(e=2.3)作为天线的 介质基板，介质基板一侧的金属铜辐射贴片大小为17.2mmxl5.4mm，另一面完全为金属铜， 作为天线接地板，采用同轴馈电，SMA同轴接头连接金属辐射贴片和金属接地板，并作为天 线的信号馈入源。在辐射贴片的周围刻蚀周期排列的金属树枝状结构单元阵列。铜表面镀锡 防止氧化。对于本实施例工作频率为5.85GHz的微带天线，树枝状结构的几何尺寸为 一级 分支长度a二4.4mm， 二级分支长度b二2mm，三级分支长度c = 2mm，相邻两个一级分支间 夹角为0i二45。，相邻两个二级分支间夹角为62=45°，相邻两个三级分支间夹角为63=45°， 线宽w^0.5mm，晶格常数d= 19.7mm，金属厚度t=0.03mm。
实施例三
与实施例一和二相似，采用电路板刻蚀技术制作中心工作频率为7.66GHz的树枝状结构 左手材料微带天线。选用面积为50mmx50mm，厚度为0.8mm的环氧玻璃布材料(e =4.6) 作为天线的介质基板，介质基板一侧的金属铜辐射贴片大小为10mmx7.7mm，另一面完全为 金属铜，作为天线接地板，采用同轴馈电，SMA同轴接头连接金属辐射贴片和金属接地板， 并作为天线的信号馈入源。在辐射贴片的周围刻蚀周期排列的金属树枝状结构单元数组。铜 表面镀银防止氧化。对于本实施例工作频率为7.66GHz的微带天线，树枝状结构的几何尺寸 为 一级分支长度a=2.7mm， 二级分支长度b二 1.2mm，三级分支长度c= 1.2mm，相邻两个 一级分支间夹角为9i二45。，相邻两个二级分支间夹角为e2=45°，相邻两个三级分支间夹角 为63=45°，线宽w-0.3mm，晶格常数d二12mm，金属厚度t二0.03mm。
以上所述，仅为本发明的优选实施例，当不能以此限定本发明实施的范围，即大凡依本 发明权利要求及发明说明书内容所作的简单的等效变化与修饰，皆应仍属本发明专利覆盖的 范围内。
权利要求
1.一种C波段(4GHz～8GHz)树枝状结构左手材料微带天线，组成包括介质基板、金属辐射贴片、金属接地板、SMA同轴接头，其主要特征是在普通微带天线的贴片周围刻蚀周期排列的金属树枝状结构单元阵列。
2. 如权利要求1所述的C波段树枝状结构左手材料微带天线，其特征是用于微带天线的金 属树枝状结构左手材料的单元几何参数为 一级分支长度a二3mm 5.4mm， 二级分支长 度b二1.4 2.5mm,三级分支长度c= 1.4mm 2.5mm,相临两个一级分支间夹角为9,= 20° 80。，相临两个二级分支间夹角为e2 = 20° 80°,相临两个三级分支间夹角为93 = 20° 80°，线宽w=0.2mm 1.5mm，单元晶格常数d= 13.4mm 24mm，所有金属厚度t =0,02mm~0.05mm。
3. 如权利要求1所述的C波段树枝状结构左手材料微带天线，其特征是所用介质基板为聚 四氟乙烯、聚乙烯、环氧玻璃布；所用金属材料为铜、铜镀锡、铜镀银。
4. 如权利要求1所述的C波段树枝状结构左手材料微带天线，其特征在于制作过程包括(1) 采用电路板刻蚀技术，在介质基板两侧分别刻蚀出金属接地板和金属辐射贴片，并在 金属辐射贴片周围刻蚀出周期排列的树枝状结构左手材料单元阵列。(2) 选取合适的馈点，并在馈点处用SMA接头连接金属辐射贴片和金属接地板，天线制 作完成。
全文摘要
本发明涉及一种C波段(4GHz～8GHz)的微带天线，具体来说涉及一种利用树枝状结构左手材料改善天线性能的微带天线，其结构包括介质基板；金属接地板；金属辐射贴片；SMA同轴接头和周期排列的金属树枝状结构左手材料单元阵列。通过利用左手材料对电磁波中的倏逝波有效放大，使倏逝波参与天线对信号的辐射和接收工作，从而达到提高天线的辐射效率，改善天线增益的目的。本发明所使用的树枝状结构左手材料与天线的制备方法一样，均采用电路板刻蚀技术，与微带天线一体成型，制备简单，成本低廉。
文档编号H01Q13/08GK101540436SQ20081001772
公开日2009年9月23日 申请日期2008年3月17日 优先权日2008年3月17日
发明者刘亚红, 宁 纪, 赵晓鹏 申请人:西北工业大学