本發(fā)明專利技術(shù)涉及一種基于左手材料效應(yīng)的復(fù)合型螺旋線矩形框貼片天線，該復(fù)合貼片天線包括介質(zhì)基板、金屬接地板、矩形框金屬貼片天線、微帶饋電線、螺旋金屬線和金屬條。矩形框天線固定在介質(zhì)基板的正面，基板的介電常數(shù)為10，用微帶饋電線對(duì)天線饋電，在矩形框天線內(nèi)周期性排列6×6個(gè)螺旋金屬線，并在螺旋線間嵌入四根金屬條。介質(zhì)基板的反面貼有金屬接地板。本發(fā)明專利技術(shù)在某一頻率附近，該復(fù)合型螺旋線結(jié)構(gòu)對(duì)電磁能量的局域化程度有了明顯的提高，導(dǎo)致天線增益明顯增大，并表現(xiàn)為較低的回波損耗,較好地改善了天線的性能,因此該復(fù)合型螺旋線貼片天線可應(yīng)用于移動(dòng)通信、衛(wèi)星通信以及航空航天等領(lǐng)域。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)屬于通信
，具體涉及一種基于左手材料效應(yīng)的復(fù)合貼片天線。
技術(shù)介紹
左手材料(LHM)是一種新型周期結(jié)構(gòu)的人工電磁媒質(zhì)，其介電常數(shù)和磁導(dǎo)率同時(shí)為負(fù)，因此，當(dāng)電磁波在這種雙負(fù)介質(zhì)材料中傳播時(shí)，波傳播的電矢量、磁矢量和波矢量三者滿足左手定則，所以被稱為左手材料(或稱負(fù)折射材料)。早在1968年，V. G. Veselageo就從理論上研究了 LHM中的反常電磁現(xiàn)象。2000年，Smith等人在微波波段首次發(fā)現(xiàn)用特殊微結(jié)構(gòu)周期排列的復(fù)合介質(zhì)可以同時(shí)得到負(fù)的介電常量和負(fù)的磁導(dǎo)率，從而從實(shí)驗(yàn)上驗(yàn)證了這種材料可以通過人工方法制得。左手材料具有很多奇特的光學(xué)與電磁學(xué)性質(zhì)，如逆Doppler效應(yīng)、逆Cherenkov福射、反常折射現(xiàn)象等。這些特性展現(xiàn)了左手材料在光與電磁波領(lǐng)域具有潛在的重要應(yīng)用價(jià)值。本專利技術(shù)通過對(duì)復(fù)合型螺旋線矩形框天線體系的研究，發(fā)現(xiàn)該結(jié)構(gòu)能夠較好地降低天線的回波損耗，增大天線的增益。從理論上分析，我們可以解釋為在特定頻率范圍內(nèi)，產(chǎn)生電磁波共振態(tài)，出現(xiàn)介電常數(shù)和磁導(dǎo)率的實(shí)部同時(shí)為負(fù)值，其折射率也是為負(fù)值，形成電磁波的“隧道”效應(yīng)和倏逝波的放大作用，由此，大大加強(qiáng)了電磁波共振強(qiáng)度，使得該結(jié)構(gòu)復(fù)合型螺旋線結(jié)構(gòu)對(duì)電磁能量的局域化程度有了明顯的提高，導(dǎo)致天線增益明顯增大，并表現(xiàn)為較低的回波損耗，由此，增加了天線耦合到空間的電磁波輻射功率，從而提高了貼片天線增益和信噪比。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)主要提供一種基于左手材料效應(yīng)的復(fù)合貼片天線，在某頻率范圍內(nèi)，加強(qiáng)了電磁波共振強(qiáng)度，提高了電磁能量的局域化程度，從而降低天線的回波損耗，增大了增.、/■Mo實(shí)現(xiàn)本專利技術(shù)的技術(shù)方案一種基于左手材料效應(yīng)的復(fù)合型螺旋線矩形框貼片天線，包括介質(zhì)基板I、金屬接地板2、復(fù)合貼片天線5、螺旋金屬線6和金屬條7，復(fù)合貼片天線5由矩形框金屬貼片天線3和微帶饋線4組成，復(fù)合貼片天線5固定在介質(zhì)基板I的正面，在介質(zhì)基板的正面設(shè)有周期性排列的螺旋金屬線6和金屬條7，介質(zhì)基板I的反面貼有金屬接地板2，微帶饋線4用于對(duì)矩形框金屬貼片天線3饋電。介質(zhì)基板I正面采用電路板刻蝕技術(shù)，分別刻蝕矩形框金屬貼片天線3、微帶饋線4、螺旋金屬線6、金屬條7，螺旋金屬線6周期排列在矩形框金屬貼片天線3內(nèi)，在矩形框金屬貼片天線3內(nèi)平均排布6X6個(gè)螺旋金屬線6，并在螺旋金屬線6間每隔兩列嵌入一根金屬條7，一共嵌入4根金屬條7，微帶饋線4與矩形框金屬貼片天線3相連，用于作為矩形框 金屬貼片天線3的電波信號(hào)饋入源。介質(zhì)基板I的大小為長(zhǎng)為360mm,寬為360mm,高為8mm,即Hl (360mm) XLl (360mm) XDl (8mm),介質(zhì)基板的相對(duì)介電常數(shù)為10,在介質(zhì)基板正面固定有寬度D2=4_的矩形框金屬貼片天線3，矩形框金屬貼片天線3外框邊長(zhǎng)L2=304mm，內(nèi)框邊長(zhǎng)L3=296mm,外框距介質(zhì)板邊緣D6=28mm,矩形框金屬貼片天線3內(nèi)嵌入的6X6周期性排列的螺旋金屬線(6)的線寬D7=l. 9mm,相鄰線間隔D8=l. 9mm,最小內(nèi)徑Rl=L 9mm,最大外徑R2=19mm,R3=17. 1mm，相鄰螺旋金屬線中心的間距D4=D5=44. 8mm，所述的螺旋金屬線6間嵌入的金屬條7，金屬條7長(zhǎng)H4=260mm ,寬L4=3mm,金屬條I的間距D3=86. 6mm,在基板的反面貼有金屬接地板，尺寸為長(zhǎng)為360mm，寬為360mm，即Hl (360mm) X LI (360mm)，微帶饋線4的長(zhǎng)為28mm,寬為L(zhǎng)5=4. 7mm。外加激勵(lì)源通過金屬導(dǎo)線一端與微帶饋線4相連,另一端與接地板2相連，激勵(lì)源采用Gaussian離散源，通過微帶饋線4給矩形框金屬貼片天線3饋電。為了驗(yàn)證本專利技術(shù)的有效性，將上述基于左手材料效應(yīng)的復(fù)合型螺旋線矩形框貼片天線結(jié)構(gòu)利用仿真軟件XFDTD進(jìn)行測(cè)試，該軟件是美國REMCOM公司開發(fā)的基于電磁數(shù)值計(jì)算方法FDTD (時(shí)域有限差分法)的全波三維電磁仿真軟件，該軟件仿真結(jié)果可靠性高。通過該軟件的仿真測(cè)試，可以得到天線性能對(duì)應(yīng)的性能參數(shù)值，如回波損耗(sll，也稱為反射·系數(shù))、傳輸系數(shù)(s21)、電壓駐波比(VSWR)和增益(Gain)等。通過分析這些數(shù)值，可以比較出天線性能的優(yōu)劣。本專利技術(shù)是在普通貼片天線的基礎(chǔ)上加入了左手材料組合形成復(fù)合型貼片天線。利用左手材料的特性，在4. 18GHZ頻率處產(chǎn)生的電磁波共振態(tài)，出現(xiàn)介電常數(shù)和磁導(dǎo)率的實(shí)部同時(shí)為負(fù)值，其折射率也為負(fù)值，此效應(yīng)大大加強(qiáng)了電磁波共振強(qiáng)度，它使得如此的結(jié)構(gòu)對(duì)電磁能量的局域化程度有了明顯的提高，并擁有較高增益，表現(xiàn)為較低的回波損耗，能很好地改善天線的性能，使得該貼片天線在移動(dòng)通信、衛(wèi)星通信以及航空航天等眾多領(lǐng)域能更好地得到應(yīng)用。附圖說明下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本專利技術(shù)作進(jìn)一步詳細(xì)說明 圖I是本專利技術(shù)基于左手材料效應(yīng)的復(fù)合貼片天線正面結(jié)構(gòu)示意 I-介質(zhì)基板；2-金屬接地板；3_矩形框金屬貼片天線；4_微帶饋線；5_復(fù)合貼片天線；6-螺旋金屬線；7_金屬條。圖2是本專利技術(shù)基于左手材料效應(yīng)的復(fù)合貼片天線螺旋線正面結(jié)構(gòu)示意 圖3是本專利技術(shù)基于左手材料效應(yīng)的復(fù)合貼片天線回波損耗示意 圖4是本專利技術(shù)基于左手材料效應(yīng)的復(fù)合貼片天線增益示意 圖5是本專利技術(shù)基于左手材料效應(yīng)的復(fù)合貼片天線駐波比示意 圖6是本專利技術(shù)基于左手材料效應(yīng)的復(fù)合貼片天線有效介電常數(shù)和有效磁導(dǎo)率。具體實(shí)施方案采用電路板刻蝕技術(shù)，如圖I所示的基于左手材料效應(yīng)的復(fù)合型螺旋線矩形框貼片天線結(jié)構(gòu)中，在介質(zhì)基板I正面分別刻蝕矩形框金屬貼片天線3、微帶饋線4，在介質(zhì)基板I反面貼有金屬接地板2。微帶饋線4作為矩形框金屬貼片天線3的電波信號(hào)饋入源，連接著矩形框金屬貼片天線3，矩形框金屬貼片天線3中間的介質(zhì)基板上刻蝕出6X6的螺旋金屬線6和4根金屬條7。本專利技術(shù)是一種基于左手材料效應(yīng)的復(fù)合貼片天線，如圖I所示。這種基于左手材料效應(yīng)的復(fù)合型螺旋線矩形框貼片天線的介質(zhì)基板I的大小為Hl (360mm) XLl (360mm) XDl (8mm),介質(zhì)基板I的相對(duì)介電常數(shù)為10,在介質(zhì)基板I正面固定有寬度D2=4_的矩形框金屬貼片天線3,矩形框金屬貼片天線3外框邊長(zhǎng)L2=304mm,內(nèi)框邊長(zhǎng)L3=296mm,外框距介質(zhì)基板I邊緣D6=28mm。矩形框金屬貼片天線3內(nèi)嵌入6X6周期性排列螺旋金屬線6，螺旋金屬線6 (圖2)線寬D7=l. 9mm，相鄰線間隔D8=l. 9mm，最小內(nèi)徑Rl=L 9mm,最大外徑R2=19mm, R3=17. 1mm,相鄰螺旋金屬線中心的間距D4=D5=44. 8mm。螺旋金屬線6間嵌入4根金屬條7,金屬條7長(zhǎng)H4=260mm ,寬L4=3mm,金屬條7的間距D3=86. 6mm，在介質(zhì)基板I的反面貼有金屬接地板2，尺寸為Hl (360mm) XLl (360mm)。矩形框金屬貼片天線3與長(zhǎng)為28mm,寬為L(zhǎng)5=4. 7mm的微帶饋線4相連構(gòu)成復(fù)合貼片天線5。激勵(lì)源采用Gaussian離散源，通過微帶饋線4給矩形框金屬貼片天線3饋電。用XFDTD電磁仿真軟件對(duì)這種復(fù)合型螺旋線矩形框貼片天線進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)得到如圖3所示的回波損耗sll特性，在頻率4. 18GHZ處最小回波損耗sll約為-31. 3dB,本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種基于左手材料效應(yīng)的復(fù)合型螺旋線矩形框貼片天線，其特征在于：包括介質(zhì)基板(1)、金屬接地板(2)、復(fù)合貼片天線(5)、螺旋金屬線(6)、金屬條(7)，復(fù)合貼片天線(5)由矩形框金屬貼片天線(3)和微帶饋線(4)組成，復(fù)合貼片天線(5)固定在介質(zhì)基板(1)的正面，在介質(zhì)基板的正面設(shè)有周期性排列的螺旋金屬線(6)和金屬條(7)，介質(zhì)基板(1)的反面貼有金屬接地板(2)，微帶饋線(4)用于對(duì)矩形框金屬貼片天線(3)饋電。
【技術(shù)特征摘要】
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：王紀(jì)俊，朱志盼，周際東，曹靜，沈廷根，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：江蘇大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：
還沒有人留言評(píng)論。發(fā)表了對(duì)其他瀏覽者有用的留言會(huì)獲得科技券。