专利名称：一种多层复合异质结构左手材料网格状贴片天线的制作方法
技术领域：
本发明属于通信技术领域，具体涉及一种多层复合异质结构左手材料网格状贴片天线。
背景技术：
大自然中，所有材料的介电常数和磁导率都为正，这类材料亦被称作符合右手定则材料(RHM)，原因是通过该材料电磁场的电场矢量、磁场矢量、波矢量成右手定则。但是，负介电常数和负磁导率材料可以通过人工制作而成，人们称之为左手媒质或左手材料(LHM)0它作为一种新型的人工电磁材料，近年来引起了人们极大的研究兴趣，早在1968年，V.G.Veselageo就从理论上研究了 LHM中的反常电磁现象,2000年，smith等人在实验室首次制造出了微波段的负折射率介质LHM的反常电磁特性展现了它在光与电磁波领域潜在的重要应用价值。E.Yablonovitch和S.John于1987年提出光子晶体的概念，光子晶体是指折射率在空间呈周期性分布的结构，电磁波在该晶体内部传输的特性类似于电子在半导体晶体中的运动特性，故又称为光子晶体或电磁晶体，当电磁波入射电磁(光子)晶体时，在某一频率范围可以禁止电磁波传播，该频率范围称为频率禁带，简称为禁带。1989年Yablonovitch与Gmitte率先制作了由九层苯乙烯板构成的具有8000个“原子”的光子晶体，并在6.5GHz的微波频段上观察到了一个超过2GHz的禁带，这一特性使得电磁(光子)晶体已应用到微波电路、天线等许多方面。异质结由两块不同的二维光子晶体组成，其界面处的畸变性可产生局域电磁模和相应的传导模，并将此特性应用到普通贴片天线组合形成新的多层复合异质结构左手媒质体系，可以较好改善天线的性能。
本发明通过对一种多层复合异质结构左手材料网格状贴片天线体系的研究，得到对应的性能参数，运用NRW方法算出这种多层复合异质结构左手材料网格状贴片天线等效折射率。研究结构表明，这种多层复合异质结构左手材料网格状贴片天线在某一频率附近，电磁能量的局域化程度有了明显的提高，对比普通的贴片天线，增益明显增大，并表现为较低的回波损耗。
发明内容
本发明主要提供一种多层复合异质结构左手材料网格状贴片天线，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，从而降低天线的回波损耗，增大了增益。实现本发明的技术方案:一种多层复合异质结构左手材料网格状贴片天线，包括第一层介质基板(I)、第二层介质基板(2)、第三层介质基板(3)、第四层介质基板(4)、复合贴片天线(7)、螺旋金属线(8)、方形金属谐振环(9)、宽金属条(10)、“工”形金属谐振环
(11)、细金属条(12)、金属接地框(13)、金属条(14)、激励源，第一层介质基板(I)、第二层介质基板(2)、第三层介质基板(3)、第四层介质基板(4)依次叠加，复合贴片天线(7)由网格状金属辐射片(5)和微带馈线(6)连接组成，复合贴片天线(7)固定在第一层介质基板
(I)的正面，螺旋金属线(8)与方形金属谐振环(9)周期性交叉排列在网格状金属辐射片
(5)的网格内，两根宽金属条(10)固定在第一层介质基板(I)的边缘，第二层介质基板(2)与第四层介质基板(4)结构相同，正面都固定有细金属条(12)和周期性交叉排列的方形金属谐振环(9)与“工”形金属谐振环(11)，细金属条(12)嵌在方形金属谐振环(9)与“工”形金属谐振环(11)间，第三层介质基板(3)正面固定有螺旋金属线(8)、方形金属谐振环(9)，其排布与第一层介质基板(I)的螺旋金属线(8)和方形金属谐振环(9)的排布相同，细金属条(12)嵌在螺旋金属线(8)和方形金属谐振环(9)间，第四层介质基板(4)的反面固定有金属接地框(13)，金属接地框(13)的矩形框内嵌入金属条(14)，激励源通过金属导线一端与微带馈线(6)相连，一端与金属接地框(13)相连，激励源通过微带馈线(6)给网格状金属辐射片(5)馈电。第一层介质基板(I)、第二层介质基板(2)、第三层介质基板(3)、第四层介质基板
(4)正面都采用电路板刻蚀技术，在第一层介质基板(I)上刻蚀出网格状金属辐射片(5)、微带馈线(6)、螺旋金属线(8)、方形金属谐振环(9)和宽金属条(10)，螺旋金属线(8)和方形金属谐振环(9)周期性交叉排列在网格状金属辐射片(5)的网格内，形成异质结构。2根宽金属条(10)固定在第一层介质基板(I)边缘。第二层介质基板(2)与第四层介质基板
(4)正面刻蚀出周期性交叉排列方形金属谐振环(9)和“工”形金属谐振环(11)，形成异质结构。8根细金属条(12)嵌在交叉排列的方形金属谐振环(9)和“工”形金属谐振环(11)之间。第三层介质基板(3)正面刻蚀螺旋金属线(8)和方形金属谐振环(9)，其排布和第一层介质基板(I)的螺旋金属线(8)和方形金属谐振环(9)的结构相同，并在螺旋金属线
(8)和方形金属谐振环(9)间嵌入8根细金属条(12)。第四层介质基板(4)反面固定有矩形框金属接地框(13)， 框内固定有5根周期性排列的金属条(14)。微带馈线(6)与网格状金属辐射片(5)相连，用于作为网格状金属辐射片(5)的电波信号馈入源。一种多层复合异质结构左手材料网格状贴片天线，其中四层介质基板依次叠加后的尺寸为H1(SeOmm) X L1 (360mm) XD1(IOmm),第一层介质基板(I)、第二层介质基板(2)、第三层介质基板(3)、第四层介质基板(4)长和宽都为360mm，第一层介质基板(I)和第三层介质基板(3)的相对介电常数均为2.0，厚度均为3mm ;第二层介质基板(2)和第四层介质基板(4)的相对介电常数均为10，厚度均为2_，第一层介质基板(I)正面固定有网格状金属辐射片(5)，网格状金属辐射片(5)外框外边长1^2=340!11111，宽02=4111111，外框距第一层介质基板⑴边缘D9=IOmm,网格线宽1^=1^4=2臟，网格状金属辐射片(5)的网格内周期性交叉排列10X10的螺旋金属线(8)和方形金属谐振环(9),形成异质结构,2根长H1为360mm,宽L5SemnuRiSH1GeOmm) XL5(6mm)的宽金属条(10)固定在第一层介质基板(I)边缘,螺旋金属线⑶线宽D1(l=2.5mm,相邻线间隔Dn=2.5mm,最小内径R1=Z.5mm,第一外径R2=IOmm,第二外径&=12.5mm ;方形金属谐振环(9)的外环边长L7=20mm,内环边长L8=IOmm,环的线宽D12=2mm,线间距D13=3mm,环开口 D14=D15=3mm,相邻的螺旋金属线⑶和方形金属谐振环(9)间距D7=D8=31mm,微带馈线(6)的长为IOmm,宽为L6=4.7mm,第二层介质基板⑵与第四层介质基板(4)结构相同，正面固定有IOX 10周期性交叉排列的方形金属谐振环(9)和“工”形金属谐振环(11)，形成异质结构，8根尺寸为320mmX 5mm的细金属条(12)嵌在交叉排列的方形金属谐振环(9)和“工”形金属谐振环(11)之间，相邻的方形金属谐振环(9)和“工”形金属谐振环(11)间距D18=D19=31mm,“工”形金属谐振环(11)边长D2(l=20mm,线宽D21=2mm,开口 D22=3mm,臂长L9=8.5mm,臂宽H9=6mm,第三层介质基板(3)正面固定有螺旋金属线(8)和方形金属谐振环(9)，其排布和第一层介质基板(I)的螺旋金属线(8)和方形金属谐振环的排布相同，8根尺寸为320mmX5mm的细金属条(12)嵌在交叉排列的螺旋金属线(8)和方形金属谐振环(9)之间，第四层介质基板(4)反面固定有金属接地框(13)，金属接地框
(13)是矩形框状结构，金属接地框(13)的外框边缘与第四层介质基板(4)边缘相重合，宽度为D28=40mm，金属接地框(13)的矩形框内固定有5根周期性排列的金属条(14)，金属条
(14)长L1(l=260mm,宽 H1(l=40mm,间距 D27=15mm,激励源采用 Gaussian 离散源。为了验证本发明的有效性，将上述这种多层复合异质结构左手材料网格状贴片天线结构利用仿真软件XFDTD进行测试，该软件是美国REMCOM公司开发的基于电磁数值计算方法FDTD (时域有限差分法)的全波三维电磁仿真软件，该软件仿真结果可靠性高。通过该软件的仿真测试，可以得到天线性能对应的性能参数值，如回波损耗(sll，也称为反射系数)、传输系数(s21)、电压驻波比(VSWR)和增益(Gain)等。通过分析这些数值，可以比较出天线性能的优劣。本发明是通过对普通贴片天线加入了异质结构左手材料结构组合形成一种多层复合异质结构左手材料网格状贴片天线，其特性表现为较低的回波损耗和较大的天线增益，从理论的角度分析其原因为:一方面，在谐振频率处产生的电磁波共振态，使得每一层复合结构的介电常数和磁导率均为负值，其折射率也是均为负值，形成电磁波的“隧道”效应和倏逝波的放大作用，由此，大大加强了电磁波共振强度，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；另一方面，异质结构嵌入天线后，导致异质界面处发生畸变，使得电磁波局域模的高度局域化，从而得到电磁波能量在某一频率附近出现较高的增益。多层复合异质结构构成光子晶体结构，形成电磁(光子)禁带，抑制沿基底底板介质传播的表面波，从而增加电磁波向自由空间的反射能量，从而提高了贴片天线增益和信噪比，较好地改善了天线的性能。
下面结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步详细说明:图1是本发明一种多层复合异质结构左手材料网格状贴片天线正面结构示意图；1-第一层介质基板；2_第二层介质基板；3_第三层介质基板；4_第四层介质基板；5_网格状金属辐射片；6_微带馈线；7_复合贴片天线；8_螺旋金属线；9_方形金属谐振环；10-宽金属条。图2是本发明一种多层复合异质结构左手材料网格状贴片天线螺旋金属线结构示意图；图3是本发明一种多层复合异质结构左手材料网格状贴片天线方形金属谐振环结构示意图；图4是本发明一种多层复合左手材料矩形框贴片天线的第二层介质基板、四层介质基板正面结构示意图(第二、四层介质基板结构相同)；
2(4)-第二(第四)层介质基板；9_方形金属谐振环；11_“工”形金属谐振环；12_细金属条。图5是本发明一种多层复合异质结构左手材料网格状贴片天线“工”形金属谐振环结构示意图；图6是本发明一种多层复合异质结构左手材料网格状贴片天线的第三层介质基板正面结构示意图；3-第三层介质基板；8_螺旋金属线；9_方形金属谐振环；12_细金属条。图7是本发明一种多层复合异质结构左手材料网格状贴片天线第四层介质基板反面的金属接地框及金属条结构示意图；13-金属接地框；14_金属条。图8是本发明一种多层复合异质结构左手材料网格状贴片天线各层结构组合示意图；图9是本发明一种多层复合异质结构左手材料网格状贴片天线第一层含左手材料的介质的介电常数ε P磁导率μ r和折射率η ；图10是本发明一种多层复合异质结构左手材料网格状贴片天线第二、四层含左手材料的介质的介电常数ε P磁导率μ r和折射率η ；图11是本发明一种多层复合异质结构左手材料网格状贴片天线第三层含左手材料的介质的介电常数ε P磁导率和折射率η。图12是本发明一种多层复合异质结构左手材料网格状贴片天线回波损耗示意图；图13是本发明一种多层复合异质结构左手材料网格状贴片天线增益示意图；图14是本发明一种多层复合异质结构左手材料网格状贴片天线电压驻波比示意具体实施例方式采用电路板刻蚀技术，如图1所示的这种多层复合异质结构左手材料网格状贴片天线结构中，在第一层介质基板(I)正面分别刻蚀网格状金属辐射片(5)、微带馈线(6)、螺旋金属线(8)、方形金属谐振环(9)、宽金属条(10)。第二层介质基板(2)和第四层介质基板(4)正面刻蚀方形金属谐振环(9)、“工”形金属谐振环(11)、细金属条(12)。第三层介质基板(3)刻蚀金属螺旋线(8)、方形金属谐振环(9)和细金属条(12)。第四层介质基板
(4)反面固定有金属接地框(13)和金属条(14)。微带馈线(6)连接着网格状金属辐射片
(5)，作为网格状金属辐射片(5)的电波信号馈入源。本发明是一种多层复合异质结构左手材料网格状贴片天线，如图1所示，这种多层复合异质结构左手材料网格状贴片天线的四层介质基板叠加后的尺寸为H1GeOmm) X L1 (360mm) XD1(IOmm),第一层介质基板(I)、第二层介质基板(2)、第三层介质基板(3)、第四层介质基板(4)长和宽都为360mm，第一层介质基板(I)和第三层介质基板
(3)的相对介电常数均为2.0，厚度均为3mm ;第二层介质基板(2)和第四层介质基板(4)的相对介电常数均为1 0，厚度均为2mm，第一层介质基板(I)正面固定有网格状金属辐射片(5)，网格状金属辐射片(5)外框外边长1^2=340!11111，宽02=4111111，外框距第一层介质基板(I)边缘D9=IOmm,网格线宽L3=L4=2mm,纵向上网格间距为:除边缘的两列网格间距为D3=42mm,其他间距为D5=29mm，横向上的网格间距为:除边缘的两行网格间距为D4=42mm，其他间距为D6=29mm,网格状金属辐射片(5)的网格内周期性交叉排列IOX 10的螺旋金属线⑶和方形金属谐振环(9),形成异质结构，2根长H1为360mm,宽L5为6mm,尺寸为H1 (360mm) X L5 (6mm)的宽金属条(10)固定在第一层介质基板(I)边缘，螺旋金属线(8)线宽D1(l=2.5mm,相邻线间隔Dn=2.5mm,最小内径1^=2.5mm,第一外径R2=IOmm,第二外径R3=12.5mm ;方形金属谐振环(9)的外环边长L7=20mm,内环边长L8=IOmm,环的线宽D12=2mm,线间距D13=3mm,环开口D14=D15=3mm,相邻的螺旋金属线⑶和方形金属谐振环(9)间距D7=D8=31mm,微带馈线(6)的长为IOmm,宽为L6=4.7mm,第二层介质基板(2)与第四层介质基板(4)结构相同，正面固定有IOX 10周期性交叉排列的方形金属谐振环(9)和“工”形金属谐振环(11)，形成异质结构，除中间两列，每列交叉排列的方形金属谐振环(9)和“工”形金属谐振环(11)间嵌入一根细金属条(12)，第二层介质基板(2)与第四层介质基板(4)上各嵌入8根细金属条(12)，细金属条(12)的尺寸为320mmX5mm,除中间两根相邻细金属条(12)间距D17=57mm,其余相邻细金属条(12)间距D16=26mm，相邻的方形金属谐振环(9)和“工”形金属谐振环(11)间距D18=D19=31mm, “工”形金属谐振环(11)边长D2(l=20mm,线宽D21=2mm,开口 D22=3mm,臂长L9=8.5mm,臂宽H9=6mm,第三层介质基板(3)正面固定有螺旋金属线(8)和方形金属谐振环
(9)，其排布和第一层介质基板(I)的螺旋金属线(8)和方形金属谐振环(9)的排布相同，除中间两列，每列交叉排列的螺旋金属线(8)和方形金属谐振环(9)间嵌入一根细金属条
(12)，第三层介质基板(3)上嵌入8根细金属条(12)，细金属条(12)的尺寸为320mmX 5mm，除中间两根相邻细金属条(12)间距D24=57mm，其余相邻细金属条(12)间距D23=26mm，第四层介质基板(4)反面固定有金属接地框(13)，金属接地框(13)是矩形框状结构，金属接地框(13)外框边缘与第四层介质基板(4)边缘相重合，宽度D28=40mm，金属接地框(13)的矩形框内固定有5根周期性排列的金属条(14),金属条(14)长L1(l=260mm,宽H1(l=40mm,间距D27=15mm,激励源采用Gaussian离散源。为验证所设计结构是否为左手材料，用XFDTD电磁仿真软件对这种一种多层复合异质结构左手材料网格状贴片天线进行仿真实验，得到了每层复合结构的散射参数，即反射系数(sll)和传输系数(s21)，通过NRW传输/反射算法提取出了该多层复合左手材料结构每层的有效介电常数和有效磁导率电磁参数，图8、图9、图10分别给出了由仿真得到的参数所提取的每层复合结构的有效磁导率有效介电常数^和折射率η。在天线谐振点附近f=4.52GHz频率处,每层复合结构的有效磁导率Pr和有效介电常数Sr都为负值，通过L和μ P能够计算出每层折射率分别为H1 (第一层折射率)=-3.9，η2 (第二层折射率)=H4 (第四层折射率)=-1.1，H3 (第三层折射率)=-3.9。表明:通过普通贴片天线、螺旋金属线、方形金属谐振环、“工”形金属谐振环和金属条的组合，形成的一种多层复合异质结构左手材料网格状贴片天线体系，该体系能使每一层复合结构磁导率和介电常数都为负值，折射率也为负值，是一种左手材料。用XFDTD仿真得到的天线性能参数来分析这种多层复合异质结构左手材料网格状贴片天线的性能。如图12所示为这种多层复合异质结构左手材料网格状贴片天线的回波损耗sll特性图，在频率4.52GHz处最小回波损耗sll=_32.60dB，说明该复合型结构能进一步减少回波损耗。带宽较窄是微带 天线的一个主要缺点，由图12易知，这种基于光子晶体结构的多层复合左手媒质天线在f=4.52GHz带宽为1.06GHz，带宽较宽，这大大提高了微带天线的性倉泛。图13所示为增益特性图，加入异质结构左手材料后，这种多层复合异质结构左手材料网格状贴片天线正向增益最大约为9.444dB，说明在普通矩形框贴片天线中加入异质结构左手材料可以较大提高贴片天线的增益。图14所示为电压驻波比VSWR特性图，在频率4.52GHz处最小电压驻波比为
1.048，已经很靠近理想值I。通过对这种多层复合异质结构左手材料网格状贴片天线的研究，发现其特性表现为较低的回波损耗和较大的天线增益，一方面，已经验证对种多层复合异质结构左手材料网格状贴片天线体系在谐振频率附近每一层复合结构磁导率和介电常数都为负值，折射率也为负值，具有左手材料性质，可以减少了天线的回波损耗、增加了增益；另一方面，异质结构嵌入天线后，导致异质界面处发生畸变，使得电磁波局域模的高度局域化，从而得到电磁波能量在某一频率附近出现较高的增益。多层复合异质结构构成光子晶体结构，形成电磁(光子)禁带，在禁带频率范围内的电磁波将受到束缚不能向任意方向传播，从而增加电磁波向自由空间的反射能量。因此，这种多层复合异质结构左手材料网格状贴片天线明显增大了天线增益，并表现为较低的回波损耗，很好地改善天线的性能。本发明采用电路板刻蚀技术制作天线，具体结构尺寸为:这种多层复合异质结构左手材料网格状贴片天线的四层介质基板叠加后的尺寸为H1GeOmm) X L1 (360mm) XD1(IOmm),第一层介质基板(I)、第二层介质基板(2)、第三层介质基板(3)、第四层介质基板(4)长和宽都为360mm，第一层介质基板(I)和第三层介质基板
(3)的相对介电常数均为2.0，厚度均为3mm ;第二层介质基板(2)和第四层介质基板(4)的相对介电常数均为10，厚度均为2mm，第一层介质基板(I)正面固定有网格状金属辐射片(5)，网格状金属辐射片 (5)外框外边长1^2=340!11111，宽02=4111111，外框距第一层介质基板(I)边缘D9=IOmm,网格线宽L3=L4=2mm,纵向上网格间距为:除边缘的两列网格间距为D3=42mm,其他间距为D5=29mm，横向上的网格间距为:除边缘的两行网格间距为D4=42mm，其他间距为D6=29mm,网格状金属辐射片(5)的网格内周期性交叉排列IOX 10的螺旋金属线⑶和方形金属谐振环(9),形成异质结构，2根长H1为360mm,宽L5为6mm,尺寸为H1 (360mm) X L5 (6mm)的宽金属条(10)固定在第一层介质基板(I)边缘，螺旋金属线(8)线宽D1(l=2.5mm,相邻线间隔Dn=2.5mm,最小内径1^=2.5mm,第一外径R2=IOmm,第二外径R3=12.5mm ;方形金属谐振环(9)的外环边长L7=20mm,内环边长L8=IOmm,环的线宽D12=2mm,线间距D13=3mm,环开口D14=D15=3mm,相邻的螺旋金属线⑶和方形金属谐振环(9)间距D7=D8=31mm,微带馈线(6)的长为IOmm,宽为L6=4.7mm,第二层介质基板(2)与第四层介质基板(4)结构相同，正面固定有IOX 10周期性交叉排列的方形金属谐振环(9)和“工”形金属谐振环(11)，形成异质结构，除了中间两列，每列交叉排列的方形金属谐振环(9)和“工”形金属谐振环(11)间嵌入一根细金属条(12)，第二层介质基板(2)与第四层介质基板(4)上各嵌入8根细金属条
(12)，细金属条(12)的尺寸为320mmX 5mm，除中间两根相邻细金属条(12)间距D17=57mm，其余相邻细金属条(12)间距D16=26mm，相邻的方形金属谐振环(9)和“工”形金属谐振环
(11)间距 D18=D19=31mm, “工”形金属谐振环(11)边长 D2(l=20mm,线宽 D21=2mm,开口 D22=3mm,臂长L9=8.5mm,臂宽H9=6mm,第三层介质基板(3)正面固定有螺旋金属线(8)和方形金属谐振环(9)，其排布和第一层介质基板(I)的螺旋金属线(8)和方形金属谐振环(9)的排布相同，除了中间两列，每列交叉排列的螺旋金属线(8)和方形金属谐振环(9)间嵌入一根细金属条(12)，第三层介质基板(3)上嵌入8根细金属条(12)，细金属条(12)的尺寸为320mmX5mm,除中间两根相邻细金属条(12)间距D24=57mm,其余相邻细金属条(12)间距D23=26mm，第四层介质基板(4)反面固定有金属接地框(13)，金属接地框(13)是矩形框状结构，其外框边缘与第四层介质基板(4)边缘相重合，宽度D28=40mm，金属接地框(13)的矩形框内固定有5根周期性排列的金属条(14),金属条(14)长L1(l=260mm,宽H1(l=40mm,间距D27=15_=15mm,激励 源采用Gaussian离散源。通过微带馈线(6)给网格状金属福射片(5)馈电。这种多层复合异质结构左手材料网格状贴片天线的谐振频率约为4.52GHz，至此完成这种多层复合异质结构左手材料网格状贴片天线的制作。
权利要求
1.一种多层复合异质结构左手材料网格状贴片天线，其特征在于:包括第一层介质基板(I)、第二层介质基板(2)、第三层介质基板(3)、第四层介质基板(4)、复合贴片天线(7)、螺旋金属线(8)、方形金属谐振环(9)、宽金属条(10)、“工”形金属谐振环(11)、细金属条(12)、金属接地框(13)、金属条(14)、激励源，第一层介质基板(I)、第二层介质基板(2)、第三层介质基板(3)、第四层介质基板(4)依次叠加，复合贴片天线(7)由网格状金属辐射片(5)和微带馈线(6)连接组成，复合贴片天线(7)固定在第一层介质基板(I)的正面，螺旋金属线(8)与方形金属谐振环(9)周期性交叉排列在网格状金属辐射片(5)的网格内，两根宽金属条(10)固定在第一层介质基板(I)的边缘，第二层介质基板(2)与第四层介质基板(4)结构相同，正面都固定有细金属条(12)和周期性交叉排列的方形金属谐振环(9)与“工”形金属谐振环(11)，细金属条(12)嵌在方形金属谐振环(9)与“工”形金属谐振环(11)间，第三层介质基板(3)正面固定有螺旋金属线(8)、方形金属谐振环(9)，其排布与第一层介质基板(I)的螺旋金属线(8)和方形金属谐振环(9)的排布相同，细金属条(12)嵌在螺旋金属线(8)和方形金属谐振环(9)间，第四层介质基板(4)的反面固定有金属接地框(13)，金属接地框(13)的框内嵌入金属条(14)，激励源通过金属导线一端与微带馈线(6)相连，一端与金属接地框(13)相连，激励源通过微带馈线(6)给网格状金属辐射片(5)馈电。
2.根据权利要求1所述的一种多层复合异质结构左手材料网格状贴片天线，其特征在于:第一层介质基板(I)、第二层介质基板(2)、第三层介质基板(3)、第四层介质基板(4)正面都采用电路板刻蚀技术刻蚀出复合贴片天线(7)、螺旋金属线(8)、方形金属谐振环(9)、宽金属条(10)、“工”形金属谐振环(11)、细金属条(12)，第四层介质基板(4)反面采用电路板刻蚀技术刻蚀出金属接地框(13)和金属条(14)。`
3.根据权利要求1或2所述的一种多层复合左异质结构左手材料网格状贴片天线，其特征在于:一种多层复合异质结构左手材料网格状贴片天线，四层介质基板叠加后的尺寸为H1 (360 mm) X L1 (360 mm) X D1 (10 mm),第一层介质基板(I)、第二层介质基板(2)、第三层介质基板(3)、第四层介质基板(4)长和宽都为360mm，第一层介质基板(I)和第三层介质基板(3)的相对介电常数均为2.0，厚度均为3mm ;第二层介质基板(2)和第四层介质基板(4)的相对介电常数均为10，厚度均为2_，第一层介质基板(I)正面固定有网格状金属福射片(5),网格状金属福射片(5)外框外边长L2=340mm,宽D2=4mm,外框距第一层介质基板⑴边缘D9=IOmm,网格线宽L3= L4=2mm，网格状金属辐射片(5)的网格内周期性交叉排列10X10的螺旋金属线(8)和方形金属谐振环(9)，形成异质结构，2根长H1为360mm ,宽L5为6mm ,尺寸为H1 (360mm) XL5(6mm)的宽金属条(10)固定在第一层介质基板⑴边缘，螺旋金属线⑶线宽D1(l=2.5mm,相邻线间隔Dn=2.5mm,最小内径札=2.5mm,第一外径R2=IOmm,第二外径R3=12.5mm ;方形金属谐振环(9)的外环边长L7=20mm,内环边长L8=IOmm,环的线宽D12=2mm,线间距D13=3mm,环开口 D14=D15=3mm,相邻的螺旋金属线⑶和方形金属谐振环(9)间距D7=D8=31mm,微带馈线(6)的长为IOmm,宽为L6=4.7mm,第二层介质基板(2)与第四层介质基板(4)结构相同，正面固定有IOX 10周期性交叉排列的方形金属谐振环(9)和“工”形金属谐振环(11)，形成异质结构，8根尺寸为320mmX 5mm的细金属条(12)嵌在交叉排列的方形金属谐振环(9)和“工”形金属谐振环(11)之间，相邻的方形金属谐振环(9)和“工”形金属谐振环(11)间距D18=D19=31mm，“工”形金属谐振环(11)边长D20=20mm,线宽D21=2mm,开口 D22=3mm,臂长L9=8.5mm,臂宽H9=6mm,第三层介质基板⑶正面固定有螺旋金属线(8)和方形金属谐振环(9)，其排布和第一层介质基板(I)的螺旋金属线(8)和方形金属谐振环(9)的排布相同,8根尺寸为320mmX 5mm的细金属条(12)嵌在交叉排列的螺旋金属线(8)和方形金属谐振环(9)之间，第四层介质基板(4)反面固定有金属接地框(13)，金属接地框(13)是矩形框状结构，其外框边缘与第四层介质基板(4)边缘相重合，宽度D28=40mm,金属接地框(13)的矩形框内固定有5根周期性排列的金属条(14),金属条(14)长L1(l=260mm,宽H1(l=40mm,间距D27=15mm,激励源采用Gaussian离散源。
4.根据权利要求3所述的一种多层复合左异质结构左手材料网格状贴片天线，其特征在于:第一层介质基板(I)正面固定有网格状金属辐射片(5)，纵向上网格间距为:除边缘的两列网格间距为D3 =42mm,其他间距为D5 =29mm，横向上的网格间距为:除边缘的两行网格间距为D4 =42mm,其他间距为D6=29mm，网格状金属辐射片(5)的网格内周期性交叉排列10X10的螺旋金属线(8)和方形金属谐振环(9)，形成异质结构，第二层介质基板(2)上除了中间两列，每列交叉排列的方形金属谐振环(9)和“工”形金属谐振环(11)间嵌入一根细金属条(12)，第二层介质基板(2)上嵌入8根细金属条(12)，除中间两根相邻细金属条(12)间距D17=57mm，其余相邻细金属条(12)间距D16=26mm，相邻的方形金属谐振环(9)和“工”形金属谐振环(11)间距D18=D19=31mm，第四层介质基板(4)正面的方形金属谐振环(9)、“工”形金属谐振环(11)和细金属条(12)的排布、尺寸和间距与第二层介质基板(2)相同；第三层介质基板(3)正面固定有螺旋金属线(8)和方形金属谐振环(9)，其排布和第一层介质基板(I)的螺旋金属线(8)和方形金属谐振环(9)的排布相同，除了中间两列，每列交叉排列的螺旋金属线(8)和方形金属谐振环(9)间嵌入一根细金属条(12)，第三层介质基板(3)上嵌入8根细金属条(12)，除中间两根相邻细金属条(12)间距D24=57mm，其余相邻细金属条(12)间距D23=26mm，第四层介质基板(4)反面固定有金属接地框(13)，通过微带馈线(6)给网格状金属辐射片(5)馈电，这种多层复合异质结构左手材料网格状贴片天线的谐振频率为4.52GHz.
全文摘要
本发明涉及一种多层复合异质结构左手材料网格状贴片天线，该复合贴片天线包括四层介质基板、金属接地框、金属条、网格状金属辐射片、微带馈线、螺旋金属线、方形金属谐振环和“工”形金属谐振环。本发明在某一频率附近，这种多层复合异质结构左手材料网格状贴片天线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。
文档编号H01Q1/38GK103236581SQ20131012244
公开日2013年8月7日 申请日期2013年4月9日 优先权日2013年4月9日
发明者王纪俊, 朱志盼, 贡磊磊, 张艳荣, 沈廷根 申请人:江苏大学