[实用新型]基于C-CRLH周期单元的超宽带天线

说明书

本实用新型提供了一种基于C‑CRLH周期单元的超宽带天线，包括多个呈周期性阵列排布的C‑CRLH周期单元，所述C‑CRLH周期单元包括第一金属层、介质基板层和第二金属层，所述第一金属层和第二金属层分别贴附在介质基板层的上、下表面上，所述第一金属层为矩形栅格形状的金属片，所述第二金属层为呈阵列排布的四个方形金属片，四个方形金属片中相邻方形金属片之间保有间距且间距相等。本实用新型提出的CRLH周期单元的互补结构即C‑CRLH周期单元，其中“C‑”表示互补，利用互补周期单元C‑CRLH构成天线，并达到了小型化和展宽天线带宽的目的，满足宽带通信、宽带雷达等应用需求。

技术领域

本实用新型涉及通信领域中宽带微带天线技术领域，尤其涉及一种基于C-CRLH周期单元的超宽带天线。

背景技术

目前，通信、雷达等无线电系统要求的工作频带越来越宽，使得宽带通信、宽带雷达等宽带技术成为国内外研究的前沿课题。这其中必不可少的部件就是宽带天线。

实现宽带天线的方法有很多类，如采用多层结构、行波结构等。但目前为止，在已掌握的文献中还未有通过采用电磁超材料实现宽带天线的报道出现。已有文献中采用电磁超材料实现的主要是窄带天线，并且增益非常低，难以适用于宽带通信、宽带雷达等领域。

电磁超材料(Metamaterial)定义为可展现出自然界难以呈现电磁特性的一种人工电磁结构，通常采用亚波长周期单元实现，其单元尺寸远小于电磁波波长(d<<λ0,d表示尺寸，λ0表示真空中电磁波波长，后同)。目前，电磁超材料已经在微波、光学器件得到广泛应用，如基于左手材料，其单元结构可以等效为混合右/左手传输线电路模型(简称CRLH)以方便分析。然而，由于超材料的高损耗、窄带宽、各向异性等特性，用其设计的天线通常带宽窄、增益低。

2010年，新加坡国立大学研究人员基于如图1所示的CRLH单元设计了一类宽带天线[参考文献:L.W.Li,Y.N.Li,T.S.Yeo,J.R.Mosig and J.F.M.Olivier,A broadband andhigh-gain metamaterial microstrip antenna,Applied Physics Lett 96.(2010),164101.]，该单元结构来自文献[N.Matsunaga,A.Sanada and H.Kubo,Novel two-dimensional planar negative refractive index structure,IEICE Trans Electron,E89-C(2006),1276-1282.]，在该文献中，该单元在某频带内具有左手传输特性，属于CRLH周期单元。该文献基于该CRLH单元设计天线，其实测驻波带宽(VSWR<2.0)是46.4％，频段在5.3GHz-8.5GHz。该结构过于复杂，加工制作较难，并且设计者认为该天线工作在左手频带，这与后面验证的结论并不符合。

参考文献[S.Pyo,S.M.Han,J.W.Baik and Y.S.Kim,A slot-loaded compositeright/left-handed transmission line for a zeroth-order resonant antenna withimproved efficiency,IEEE Trans Microwave Theory Tech 57(2009),2775-2782.]提出如图2所示CRLH结构，用其制作的印刷天线具有面积小的特点，其中9个周期单元构成天线的尺寸为0.362λ₀×0.362λ₀(λ₀表示真空中电磁波波长)，但是该天线-10dB带宽(9方形单元)仅有1％，并且在谐振位置的增益仅为0.08dB，辐射效率为55.7％。并且，文献中的辐射方向图类似于单振子，主要集中在水平面上，并且在水平面上。

综上，现有技术中基于CRLH周期单元的天线存在的缺点有：1)带宽窄，有的天线带宽仅有1％；2)增益低，如有的天线大小为0.36λ0×0.36λ0，尺寸并没有达到预期缩减的效果。