一种基于类卦型基元的K波段超材料基板型微带天线的制作方法

本实用新型涉及通信天线技术领域，具体地是指一种基于类卦型基元的k波段超材料基板型微带天线。

背景技术：

微带天线具有体积小、结构简单、制造成本低、易与其他电磁器件共形等的优点，但是传统的微带天线的增益相对较低、性能受介质板材影响较大，易激励表面波导致能量损耗、功率容量较低、频带较窄、馈电与辐射元之间存在着隔离差、方向性比较差等缺点制约微带天线的进一步发展和应用。当前常用的提升天线增益性能的方法很多，比如将微带天线组成阵列天线、加载反射器，使用透镜等，但天线阵需要复杂的馈电网络，在增加天线设计难度的同时也使得天线尺寸变大；反射板会降低天线的带宽，总之这些方法存在很大的局限性。上世纪末和本世纪初兴起的超材料设计理论，为微带天线的发展难题带来了曙光。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足之处，而提出一种基于类卦型基元的k波段超材料基板型微带天线，通过基板上的类卦型超材料单元抑制微带天线表面波，提升天线增益。

为实现上述目的，本实用新型所设计的一种基于类卦型基元的k波段超材料基板型微带天线，包括天线基板，所述天线基板的下表面设置有金属接地板，上表面中部设置有微带贴片，所述微带贴片上设置有同轴线馈电探针，所述天线基板的上表面、微带贴片外部刻蚀超材料单元，其特殊之处在于，所述超材料单元为框型封闭结构，包括设置于四角的过渡圆弧基元和设置于过渡圆弧基元之间的类卦型基元，所述过渡圆弧基元为若干条具有倒角的相互平行的折线，所述类卦型基元为若干条相互平行的卦线，每条卦线为连续直线或中间具有间隔的间断线，所述过渡圆弧基元的折线与类卦型基元直线连接，所述过渡圆弧基元与类卦型基元之间没有间隔。

进一步地，所述过渡圆弧基元为4个，所述类卦型基元为12个。

更进一步地，所述过渡圆弧基元的折线为相互垂直的直线并通过四分之一圆弧过渡连接。

更进一步地，所述类卦型基元中卦线为四条或者四条以上。

更进一步地，所述类卦型基元的卦线之间的垂直间距为0.2mm，连续直线为1.7*0.2*0.017mm的铜金属线；间断线为两条0.6*0.2*0.017mm的铜金属线，且两条铜金属线的水平间隔为0.5mm。

更进一步地，所述同轴线馈电探针的特性阻抗为50欧姆，位于天线正中心向微带贴片宽度方向偏移，偏移距离为1.2523mm。

更进一步地，所述天线基板材料为介电常数为2.25的聚四氟乙烯。

与现有技术相比，本实用新型提出的基于类卦型基元的k波段超材料基板型微带天线，不仅克服了传统微带天线增益低的问题，并且克服了一般超材料微带天线设计中的棋盘格式和复杂结构，具有制备简单，增益高的优点。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

图2为图1的俯视示意图。

图3为本实用新型的具体实施例的超材料单元离散结构示意图。

图4为图3的中的超材料单元的设计结构示意图。

图5为本实用新型的具体实施例的仿真结果示意图。

图中：天线基板1，微带贴片2，超材料单元3，金属接地板4，同轴馈电探针5。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步的详细描述。

本实用新型提出的一种基于类卦型基元的k波段超材料基板型微带天线，包括天线基板1，天线基板1的下表面设置有金属接地板4，上表面中部设置有微带贴片2，微带贴片2上设置有同轴线馈电探针5，天线基板1的上表面、微带贴片2外部刻蚀超材料单元3。

超材料单元3为框型封闭结构，包括设置于四角的过渡圆弧基元和设置于过渡圆弧基元之间的类卦型基元，过渡圆弧基元为若干条具有倒角的相互平行的折线，类卦型基元为若干条相互平行的卦线，每条卦线为连续直线或中间具有间隔的间断线，过渡圆弧基元的折线与类卦型基元直线连接，过渡圆弧基元与类卦型基元之间没有间隔。

在本实用新型的一个具体实施例如图3和图4所示，天线基板1采用10*10*1mm的聚四氟乙烯，绝缘性能好，介电常数为2.25，较低有利于增大天线带宽。天线基板1的厚度小于五分之一天线工作波长，这里取为1mm。微带贴片2为铜覆层的金属辐射贴片，微带贴片2的长和宽分别为4.9029mm和3.4714mm，规格小，易于实现天线的小型化。人工结构的类卦型超材料单元3具有的电磁超特性能提抑制天线表面波提升天线增益。同轴馈电探针5位于天线正中心向微带贴片2宽度方向偏移，其偏移距离为1.2523mm。金属接地板4为铜覆层，覆铜厚度为0.017mm。

超材料单元3由12组类卦型基元组成和4组圆弧过渡基元组成，基元中每两条卦线间距0.2mm，卦线线宽0.2mm，每两个类卦型基元之间不设置间距，设置于四个拐角处的圆弧过渡单元采用具有四分之一圆弧倒角的折线。借鉴八卦表示事物自身变化的阴阳系统，用“一”代表阳，用“--”代表阴这两种符号，类卦型基元的4条卦线具有不同的“断”和“连”的组合。通过断和连的组合使得超材料单元磁谐振禁带处于k波段。超材料单元3亦可采用16组或类卦型基元和四组圆弧过渡基元，类卦型基元和圆弧过渡基元可由5条或者6条相互平行的折线或者直线/间断线组成，线条越密集增益效果越好，但同时加工要求更高。

卦线中的“连线”为1.7*0.2*0.017mm的铜金属线；卦线中的“间断线”为两条0.6*0.2*0.017mm的铜金属线，且两条金属线的水平间隔为0.5mm。超材料单元3由电路板刻蚀技术制备完成，结构简单且不存在小尺寸结构，大大提升了可制备性。

同轴馈电探针5上端与微带辐射贴片2相连，下端与天线基板1连接的金属接地板4连接。金属接地板4规格为10*10*0.035mm，即在整个基板背面刻蚀铜覆层。

对本实施例中设计的超材料单元3的微带天线进行仿真，图5为超材料微带天线的二维和三维远场辐射增益方向图，从图中可以看出其最大增益为10.552db，明显高于无超材料的普通24ghz微带天线的增益7.78db。

本实用新型通过采用天线基板1、金属辐射的微带贴片2、超材料单元3，金属接地板4，同轴馈电探针5，相互结合组成微带天线，类卦型基元组成的超材料单元3能明显抑制天线表面波，提升微带天线增益，整体结构规则且紧凑，占用空间小，天线增益明显提升，制备成本低。

除上述实施例外，本实用新型还可以有其他实施方式。凡任何背离本专利的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型要求的保护范围。

技术特征：

1.一种基于类卦型基元的k波段超材料基板型微带天线，包括天线基板(1)，所述天线基板(1)的下表面设置有金属接地板(4)，上表面中部设置有微带贴片(2)，所述微带贴片(2)上设置有同轴线馈电探针(5)，所述天线基板(1)的上表面、微带贴片(2)外部刻蚀超材料单元(3)，其特征在于：所述超材料单元(3)为框型封闭结构，包括设置于四角的过渡圆弧基元和设置于过渡圆弧基元之间的类卦型基元，所述过渡圆弧基元为若干条具有倒角的相互平行的折线，所述类卦型基元为若干条相互平行的卦线，每条卦线为连续直线或中间具有间隔的间断线，所述过渡圆弧基元的折线与类卦型基元直线连接，所述过渡圆弧基元与类卦型基元之间不设置间隔。

2.根据权利要求1所述的一种基于类卦型基元的k波段超材料基板型微带天线，其特征在于：所述过渡圆弧基元为4个，所述类卦型基元为12个。

3.根据权利要求1所述的一种基于类卦型基元的k波段超材料基板型微带天线，其特征在于：所述过渡圆弧基元的折线为相互垂直的直线并通过四分之一圆弧过渡连接。

4.根据权利要求1所述的一种基于类卦型基元的k波段超材料基板型微带天线，其特征在于：所述类卦型基元中卦线为四条或者四条以上。

5.根据权利要求4所述的一种基于类卦型基元的k波段超材料基板型微带天线，其特征在于：所述类卦型基元的卦线之间的垂直间距为0.2mm，连续直线为1.7*0.2*0.017mm的铜金属线；间断线为两条0.6*0.2*0.017mm的铜金属线，且两条铜金属线的水平间隔为0.5mm。

6.根据权利要求1所述的一种基于类卦型基元的k波段超材料基板型微带天线，其特征在于：所述同轴线馈电探针(5)的特性阻抗为50欧姆，位于天线正中心向微带贴片(2)宽度方向偏移，偏移距离为1.2523mm。

7.根据权利要求1所述的一种基于类卦型基元的k波段超材料基板型微带天线，其特征在于：所述天线基板(1)材料为介电常数为2.25的聚四氟乙烯。

技术总结
本实用新型公开了一种基于类卦型基元的K波段超材料基板型微带天线，包括天线基板、辐射微带贴片、超材料单元、金属接地板、同轴馈电探针，其中超材料单元为框型封闭结构，包括设置于四角的过渡圆弧基元和设置于过渡圆弧基元之间的类卦型基元，过渡圆弧基元为若干条具有倒角的相互平行的折线，类卦型基元为若干条相互平行的卦线，每条卦线为连续直线或中间具有间隔的间断线，过渡圆弧基元与类卦型基元之间不设置间隔。本实用新型不仅克服了传统微带天线增益低的问题，并且克服了一般超材料微带天线设计中的棋盘格式和复杂结构，具有制备简单，增益高的优点。

技术研发人员：董焱章;周精浩;林鉴岳;王永刚
受保护的技术使用者：湖北汽车工业学院
技术研发日：2019.11.22
技术公布日：2020.06.09