[发明专利]一种2～3GHz频段的负磁导率材料微带天线

说明书

技术领域

本发明涉及一种2～3GHz频段的负磁导率微带天线，这种微带天线是通过一种在基板双面刻有树枝状结构负磁导率材料来改善天线的性能，特别是改善了天线的辐射效率、增益和方向性。

背景技术

普通的微带天线是由具有一定厚度的介质板、金属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，在辐射贴片和金属接地板之间的缝隙激励起电磁场，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；性能受介质板材料的影响很大。

近几年来，负磁导率超材料的提出，有望应用于微波器件、滤波器、天线等方面。负磁导率材料是一种人工复合而成的超材料，在电磁波入射情况下，这种材料的透射在一定的频段内会出现一个禁带，在这个禁带所对应的频率范围内，材料的磁导率为负。目前，负磁导率材料几乎都是通过类似于开口谐振环这种结构来实现的，也有一些是通过网状结构实现磁导率为负。我们设计了一种新型的负磁导率材料，这种材料是通过将树枝结构单元周期性地刻蚀在介质板正反面上制备而成，当电磁波垂直入射时，这种材料在一定频段内磁导率为负。利用这种负磁效应可以改善天线的性能，因此在天线上将有着广阔的应用前景。

发明内容

本发明的目的在于针对普通微带天线辐射效率低，增益低，方向性差等缺点，提供一种负磁导率材料为基板的微带天线。利用负磁导率材料对一定频率的电磁波有抑制作用，从而可以抑制天线的表面波，减小天线副瓣，使天线方向性更集中，提高天线增益，改善天线性能。本发明的负磁导率材料微带天线可工作频率2～3GHz。

本发明的负磁导率微带天线包括：介质基板；辐射金属片，刻蚀在介质基板上；金属接地板，刻蚀在介质基板的另一面上；SMA同轴接头，其金属探针与金属片相连，同轴底座内导体与金属探针相连，外导体与金属接地板相连，以作为天线电波信号的输入端；树枝状结构周期性地刻蚀在天线辐射面的金属贴片和金属接地板周围。通过调整树枝结构的尺寸参数对负磁导率材料的负磁特性区域频段进行调节，使其覆盖微带天线的工作频段。同时，本发明中的负磁导率材料微带天线，可通过电路板刻蚀技术实现，工艺简单，适合大规模工业化生产。

附图说明

图1本发明的负磁导率材料微带天线结构图

图2本发明的树枝状负磁导率结构单元示意图

图3本发明的树枝状负磁导率材料的样品图

图4.(a)本发明的树枝状负磁导率微带天线的正面结构示意图

图4.(b)本发明的树枝状负磁导率微带天线的反面结构示意图

图5本发明普的天线与通天线的回波损耗对比图

图6本发明的天线与普通天线的E面对比图

图7本发明的天线与普通天线的H面对比图

具体实施方式

采用电路板刻蚀技术制备树枝状负磁导率微带天线，选用厚度为1.5mm的聚四氟乙烯材料作为天线的介质基板，在其一面刻蚀一定形状的金属辐射贴片，另一面刻蚀一个正方形的金属片，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，负磁导率材料微带天线如图4。在辐射贴片周围和金属接地板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，制备成树枝状结构负磁导率微带天线。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＝5.5mm～8.3mm，二级分支长度和三级分支长度相等，即：b＝c＝2.8mm～4.2mm，相临各级分支间的夹角范围为θ₁＝θ₂＝θ₃＝30°～60°，W＝0.3mm～1.2mm，单元晶格常数d＝24.6mm～36.9mm，树枝结构单元的金属厚度t＝0.01mm～0.08mm，图2是树枝状结构负磁导率材料的结构单元图。图3是周期性排列的树枝状负磁导率材料结构图。图4.(a)为所制备的树枝状结构负磁导率材料微带天线的正面结构示意图。图4(b)为所制备的树枝状结构负磁导率材料微带天线的反面结构示意图。