专利名称：带有非对称结构左手材料的手机天线介质基板的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种手机天线介质基板，特别涉及一种具有双左手通带的非对称结构左手材 料介质基板，用这种基板制作的手机天线可在双频段分别提高灵敏度，并改善性能。
背景技术：
左手材料(LHMs， Left-handed Metamaterials)是一种在某一电磁波响应频段内介电常数 与磁导率同时为负值的奇特材料，因在其中传播的电磁波电场矢量、磁场矢量以及波传播方 向满足左手定则而得名。随后研究发现周期排布的金属开口谐振环(SRRs)和杆在特定频段 内可实现负介电常数与负磁导率，同时出现一个透射通带即左手通带。左手材料在无线电通 讯方面的应用是利用其对倏逝波的放大效应，能将较弱的电磁波信号放大，进而增强天线的 灵敏度，改善天线的性能。另外，近期研究发现利用含有非对称结构的左手材料可同时在两 个频段内实现左手效应，即其具有双左手通带，这一现象将进一步拓宽左手材料的应用范围。随着通讯系统多元化的发展，通讯设备所使用的频段已由单个变为两个或多个。例如手 机使用的是900MHz (GSM规格)和1800MHz (DCS规格)两个频道，为此，手机上所使 用的天线亦已由单频天线改为可支持双频系统的双频天线，该种双频天线多采用平板内置式 天线，考虑到这种天线自身的结构特点，致使双频天线有增益较低、方向性较差、有导体和 介质损耗、辐射效率较低等缺点。通常使用一种器件或材料只能简单的提高天线在某一频段 内的性能，而要在双频段内同时提高天线的性能，则变得较为复杂。如何简单有效的提高双 频天线增益，并改善其性能，成为现在研究的一个热点问题。发明内容本发明的目的就是提供一种具有双左手通带的非对称结构左手材料介质基板，用这种基 板制作的手机天线可在两个工作频段内对电磁波中的倏逝波进行有效放大，并使倏逝波参与 天线对信号的福射和接收工作，从而提高手机双频天线的辐射效率，改善手机双频天线的增益。本发明中的手机天线介质基板是由采用多层电路板刻蚀技术制作的左手材料叠合加压而 成，其中左手材料为一种非对称结构左手材料，是通过在周期性排列的金属线与金属谐振环中引入不等行间距的金属谐振环而制得。通过调节局部金属谐振环的行问距可使这种非对称 结构左手材料产生双左手通带〔如附图3所示)，其中金属谐振环的基本单元尺寸相同，但形 状可具有多样性，本发明使用四边形开口谐振多环、六边形开「]谐振多环、螺旋形谐振环(如 附图2所示)是为了减小左手材料有效尺寸。工作在左手特性区域的电磁波信号会得到有效 放大，适当调节金属谐振环的几何参数和行间距，可使非对称结构左手材料的两个通带分别 涵盖双频天线的第-一和第二工作频段，从而达到增强双频天线灵敏度，改善双频天线性能的 目的。对于现有的平板内置式双频手机天线(附图1所示)，只需使用一种非对称结构左手材料 介质基板，就可同时提高低频900MHz和高频1800MHz两种天线对电磁波信号的接收和发射 能力。附衝说明图1平板内置式手机天线示意图及其中单层左手材料介质基板示意2谐振环基本单元及几何参数图3非对称结构左手材料样品的微波透射曲线图4中间层不同行间距谐振环的结构示意图具体实施方式
本发明采用电路板刻蚀技术在厚度为0.25~1.20mm基板的两面分别刻蚀金属谐振环和等 间距排布的金属线，刻蚀基板层数为三层，其中上下两层的金属谐振环是周期排布的，而中 间层的金属谐振环是不等行间距H排列的，在每两层刻蚀基板间加入一层空白介质基板，并 将其叠合加压成整块，从而制得含有非对称结构的左手材料介质基板。由于手机天线的工作 频率存在第一和第二两个频段，所以需设计谐振环的几何尺寸并调节中间层的行间距H使该种左手材料的两个左手特性频率段分别覆盖手机天线的低频900MHz和高频1800MHz两个频率段。本发明的实现过程由实施例和
实施例一采用电路板刻蚀技术制作左手材料介质基板1，其具体制备过程如实施方式所述，本实 施例所用的左手材料结构单元为金属铜六边形开口谐振四环与金属铜线，其中金属铜可用金、
银、锌、锡等余属替代。在一层厚度为0.25 L20mm的聚四氟乙烯介质基板(s=2.6) —面刻 蚀开口谐振四环，其几何尺寸为最外层环的内切圆直径D-5.50mm，相邻环间距cH).80mm， 开口 g=0.30mm，线宽c二().50誦，厚度为0.02mm;另一面刻蚀金属线，其几何尺寸线宽 c,.50 0.90mm，厚度为0.02mm，金属线上下端距离基板边沿均为l=2.50mm;行间距 H0=7.00mm，列间距a=10.00mm，层间距b=l.00 5.00mm。上下两层的环是3列8行；中间 层的环为3列7行(如附图4 (a)所示)，其中第三行和第四行环的行间距H产10.50mm。这 种左手材料的两个左手通带的中心频率分别为900MHz、 1800MHz (如附图3听示)，可分别 覆盖手机天线的第一和第二工作频段。 实施例二采用电路板刻蚀技术制作左手材料介质基板1，其具体制备过程如实施方式所述，本实 施例所用的左手材料结构单元为金属铜六边形开口谐振六环与金属铜线，其中金属铜可用金、 银、锌、锡等金属替代。在一层厚度为0.25 1.20mm的聚四氟乙烯介质基板(s=2.6) —面刻 蚀开口谐振六环，其几何尺寸为最外层环的内切圆直径D-5.20mm，相邻环间距d=0.40mm， 开口 g=0.25mm，线宽c=0.30mm，厚度为0.02mm;另一面刻蚀金属线，其几何尺寸线宽 c=0.50 0.90mm，厚度为0.02rnm，金属线上下端距离基板边沿均为l=2.50mm;行间距 H0=6.30mm，列间距a二9.00mm，层间距b=1.00 5.00mm。上下两层的环是3列9行；中间层 的环为3列8行(如附图4 (b)所示)，其中第三行和第四行环的行间距H尸9.45mm，第五 行和第六行环的行间距H2=9.45mm。这种左手材料的两个左手通带的中心频率分别为 900MHz、 1800MHz，可分别覆盖手机天线的第一和第二工作频段。实施例三采用电路板刻蚀技术制作左手材料介质基板1，其具体制备过程如实施方式所述，本实 施例所用的左手材料结构单元为金属铜六边形开口谐振六环与金属铜线，其中金属铜可用金、 银、锌、锡等金属替代。在一层厚度为0.25~1.20皿的聚四氟乙烯介质基板(￡=2.6) —面刻 蚀开口谐振六环，其几何尺寸为最外层环的内切圆直径D-4.85mm，相邻环间距d=0.25mm， 开口 g-0.10mm，线宽c=0.15mm，厚度为0.02mm;另一面刻蚀金属线，其几何尺寸线宽 c=0.50 0.90mm，厚度为0.02mm，金属线上下端距离基板边沿均为l=2.50mm;行间距 H:0=5.70mm，列间距a-8.00mm，层间距b=1.00 5.00mm。上下两层的环是4列9行；中间层 的环为4列8行(如附图4 (c)所示)，其中第二行和第三行环的行间距H尸8.55mm，第五 行和第六行环的行间距H2=8.55mm。这种左手材料的两个左手通带的中心频率分别为 900MHz、 1800MHz,可分别覆盖手机天线的第一和第二工作频段。
实施例四采用电路板刻蚀技术制作左手材料介质基板1，其具体制备过程如实施方式所述，本实 施例所用的左手材料结构单元为金属铜六边形开口谐振六环与金属铜线，其中金属铜可用金、银、锌、锡等余属替代。在一层厚度为0.25 1.20mm的环氧玻璃布介质基板(￡=4.6) —面刻 蚀开口谐振六环，其儿何尺寸为最外层环的内切圆直径D-4.37mm，相邻环间距d-0.20mm， 丌口 g=0.10mm，线宽c=0.13mm.厚度为0.02誰;另一面刻蚀金属线，其几何尺寸:线宽 c=0.50 0.90mni，厚度为0.02mm ，金属线上下端距离基板边沿均为l=2.50mm;行间距 H0=5.00mm,列间距a二7.00mm，罢间距b=1.00 5.00mm。上下两层的环是4列12行；中间 层的环为4列10行(如附图4 (d)所示)，其中第三行和第四行环的行间距H产7.50mm,第 七行和第八行环的行间距H2=7.50mm，第五行和第六行环的行间距H3=10.00mm。这种左手 材料的两个左手通带的中心频率分别为900MHz、 1800MHz,可分别覆盖手机天线的第一和 第二工作频段。实施例五采用电路板刻蚀技术制作左手材料介质基板1，其具体制备过程如实施方式所述，本实 施例所用的左手材料结构单元为金属铜四边形开口谐振六环与金属铜线，其中金属铜可用金、银、锌、锡等金属替代。在一层厚度为0.25 L20mm的环氧玻璃布介质基板(￡=4.6) —面刻 蚀四边形开口谐振六环，其几何尺寸为最外层环的内切圆直径D=4.25mm，相邻环间距 d=0.30mm，开口 g=0.10mm，线宽c=:0.15mm，厚度为0.02mm;另一面刻蚀金属线，其几何 尺寸线宽c=0.50~0.90mm，厚度为0.02mm，金属线上下端距离基板边沿均为l=2.50mm; 行间距H0=4.80mm，列间距a=6.8()mm，层间距b=1.00 5.00mm。上下两层的环是4列12行； 中间层的环为4列10行(如附图4 (e)所示)，其中第三行和第四行环、第五行和第六行环 的行间距H「7.20mm,第八行和第九行环的行间距H2=7.20mm。这种左手材料的两个左手通 带的中心频率分别为900MHz、 1800MHz，可分别覆盖手机天线的第一和第二工作频段。实施例六采用电路板刻蚀技术制作左手材料介质基板1，其具体制备过程如实施方式所述，本实 施例所用的左手材料结构单元为金属铜螺旋形谐振环与金属铜线，其中金属铜可用金、银、 锌、锡等金属替代。在一层厚度为0.25 1.20mm的环氧玻璃布介质基板(￡=4.6) —面刻蚀螺 旋环，其几何尺寸为最外层环的内切圆直径D=6.00mm，相邻环间距d=0.70mm，开口 g=0.30mm，线宽c-0.40mm，厚度为0.02mm;另一面刻蚀金属线，其几何尺寸线宽 c=0.50~0.90mm，厚度为0.02mm，金属线上下端距离基板边沿均为l=2.50mm;行间距H0=8.00mm.列间距a-11.00mm，层间距b=1.00 5.00mm。上下两层的环是3列6行；中间 层的环为3列5行(如附图4 (.f)所示)，其中第二行和第三行环的行间距Hfl2.00mm。这 种左手材料的两个左手通带的中心频率分别为9()0M:Hz、 1800MHz，可分别覆盖手机天线的 第一和第二工作频段。以上所述，仅为本发明的优选实施例而已，当不能以此限定本发明实施的范围，即大凡 依本发明权利要求及发明说明书内容所作的简单的等效变化与修饰，皆应仍属本发明专利覆盖的范围内。
权利要求
1.一种手机天线介质基板，该手机天线介质基板由采用多层电路板刻蚀技术制作的非对称结构左手材料叠合加压而成，其主要特征是在周期性排列的金属线与金属谐振环中引入不等行间距H的谐振环，通过调节行间距H使非对称结构左手材料的双左手透射通带分别覆盖手机天线低频900MHz和高频1800MHz工作频段。
2. 如权利要求l所述的金属开谐振环，其特征是谐振环的结构形状具有多样性，如四边 形开口谐振多环、六边形开口谐振多环、螺旋形谐振环。
3. 如权利要求1所述的左手材料，其结构参数为基板厚度为0.25 1.20mm，基板层数 为3，其一面刻蚀金属谐振环，外层环的内切圆直径D=4.25~6.00mm，相邻环间距 d=0.20~0.80mm，开口 g=0.10 0.30mm,线宽c=0.13~0.50mm，厚度为0.02mm;另一 面刻蚀金属线，其几何尺可线宽c=0.50~0.90mm，厚度为0.02mm，金属线上下端 距离基板边沿均为l=2.50mm;行间距Ho=4.80~8.00mm，列间距a=6.80 11.00mm，层 间距b-1.00 5.00mm
4. 如权力要求1所述的非对称结构左手材料，其中谐振环的结构分布有六种(1) 上下两层的环是3列8行；中间层的环为3列7行，其中第三行和第四行环的行间 距H产10.50mm ;(2) 上下两层的环是3列9行；中间层的环为3列8行，其中第三行和第四行环的行间 距H尸9.45mm，第五行和第六行环的行间距H2=9.45mm;(3) 上下两层的环是4列9行；中间层的环为4列8行，其中第二行和第三行环的行间 距H产8.55mm，第五行和第六行环的行间距H2=8.55mm;(4) 上下两层的环是4列12行；中间层的环为4列10行，其中第三行和第四行环的行 间距H尸7.50mm，第七行和第八行环的行间距H2=7.50mm，第五行和第六行环的 行间距HflO.OOmm;(5) 上下两层的环是4列12行；中间层的环为4列10行，其中第三行和第四行环、第 五行和第六行环的行间距H尸7.20mm，第八行和第九行环的行间距H2==7.20mm;(6) 上下两层的环是3列6行；中间层的环为3列5行，其中第二行和第三行环的行间 足巨H产12.00mm。
全文摘要
本发明涉及一种手机天线介质基板，具体来说涉及一种带有非对称结构左手材料的双频手机天线介质基板，该左手材料具有双左手透射通带，是通过引入不等行间距的金属谐振环制得。本发明利用非对称结构左手材料的双左手通带分别对手机天线的低频900MHz和高频1800MHz两个工作频段内电磁波中的倏逝波进行有效放大，并使倏逝波参与天线对信号的辐射和接收工作，从而提高手机天线的辐射效率，改善手机天线的增益。
文档编号H01Q15/00GK101162800SQ20061010471
公开日2008年4月16日 申请日期2006年10月10日 优先权日2006年10月10日
发明者娟 宋, 赵晓鹏 申请人:西北工业大学