专利名称：S波段树枝状左手材料微带天线的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种S波段(2GHz 4GHz)微带天线，特别涉及一种树枝状 结构左手材料微带天线，利用左手材料奇异的电磁特性改善天线性能。
背景技术：
微带天线是由一块厚度远小于波长的介质基板和刻蚀在其两侧的金 属贴片组成，利用同轴线或微带线馈电，并通过贴片四周与接地板间的缝隙向外 辐射。微带天线具有抛面薄、体积小、重量轻，平面结构，易与导弹、卫星等载 体表面相共形等优点，在卫星通信、雷达、遥感等方面得到了广泛应用。
近几年，左手材料的提出，有望应用于探测器、隐身材料、微波器件、天线 等方面。左手材料(left-handed metamaterials)是一种介电常数和磁导率同时为 负的人工周期复合结构材料，表现出许多奇异的光学和电磁学性能，如负折射率， 完美透镜效应，反常D叩pler效应、反常Cherenkov效应等。目前左手材料的制 备多采用复合金属丝阵列和开口谐振环阵列来分别实现负介电常数和负磁导率， 即需要两种结构组合实现左手材料
发明内容
本发明的目的在于针对普通微带天线辐射效率不高，增益低，频带窄 等缺点，提供一种左手材料微带天线。利用左手材料对天线表面波的抑制，减小 天线副瓣，使天线方向性更集中，提高天线增益，增加带宽，改善天线性能。本 发明的左手材料微带天线可工作于S波段。
本发明的左手材料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；左手材料刻蚀在天线的介质基板上。通过调整树枝 结构的尺寸参数对左手材料的左手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，本发明中的左手材料微带天线，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。
图1本发明的微带天线俯视图
图2本发明的树枝状结构左手材料结构单元示意图
图3本发明的周期排列树枝结构示意图
图4本发明的左手树枝结构微带天线示意图
图5本发明的左手树枝结构微带天线的输入回波损耗Sn
图6本发明的左手树枝结构微带天线的远场辐射方向图
具体实施例方式
采用电路板刻蚀技术制备树枝状左手材料微带天线，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 面完全为金属，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，如图l。在辐射贴片周围的空白介 质基板上刻蚀周期排列的金属树枝状结构单元阵列，制备成树枝状结构左手材料 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L,= 7.1mm 8.6mm， 二级分支长度和三级分支长度相等，艮卩L2=L3=3.3mm 3.9mm， 相临两个一级分支间夹角为e,二15。 75。，相临两个二级分支间夹角为e2^15。
75°，相临两个三级分支间夹角为83二15° 75°， W-0.3mm 1.2mm，单元晶格常 数d二31.9mm 38.5mm，所有金属厚度t=0.02mm~0.05mm，图2是树枝状结构 左手材料的结构单元周期性排列的树枝结构如图3。图4为所制备的S波段树枝 状结构左手材料微带天线。-
通过调整树枝状结构的外形尺寸参数(树枝各级长度加角，线宽，晶格常 数等)实现对左手特性区域波段的调控。保证左手特性区域波段包覆天线的工作 频段。通过左手材料对天线表面波的抑制，减小天线副瓣，使天线方向性更集中， 提高天线增益，增加带宽，改善天线性能。
本发明的实现过程和材料的性能由实施例和
实施例一
采用电路板刻蚀技术，制作中心工作频率为2.95GHZ的树枝状结构左手材 料微带天线，如图4所示。选用面积为160mmxl60mm，厚度为1.5mm的聚四氟乙烯材科(e =2.65)作为天线的介质基板1,介质基板1 一侧的金属铜辐射贴 片2的大小为37mmx30mm，另一面完全为金属铜，作为接地板3，采用同轴馈 电，SMA同轴4接头连接金属辐射片2和金属接地板3，并作为天线的信号馈 入源。在辐射贴片的周围刻蚀周期排列金属铜树枝状结构单元阵列5，对于本实 施例工作频率为2.95GHz的微带天线，树枝状结构的几何尺寸为 一级分支长 度Lj二S.6mm， 二级分支长度和三级分支长度L2=L3=3.9mm，相临两个一级分支 间夹角为e!二45。，相临两个二级分支间夹角为62=45°，相临两个三级分支间夹 角为63=45°,线宽W-1.2麵，晶格常数d二35.8mm，金属厚度t二0.03麵。图
5左手树枝结构微带天线的输入回波损耗Su。图6为左手树枝结构微带天线的
远场辐射图。
实施例二
采用电路板刻蚀技术，制作中心工作频率为2.6GHz的树枝状结构左手材料 微带天线，如图4所示。选用面积为180mmxi80mm，厚度为0.8mm环氧玻璃 布材料(￡ =4.55)作为天线的介质基板1，介质基板1 一侧的金属铜辐射贴片2 的大小为43mmx35mm,另一面完全为金属铜，作为接地板3，采用同轴馈电， SMA同轴4接头连接金属辐射片2和金属接地板3,并作为天线的信号馈入源。 在辐射贴片的周围刻蚀周期排列金属铜树枝状结构单元阵列5，对于本实施例工 作频率为2.6GHz的微带天线，树枝状结构的几何尺寸为 一级分支长度Li = 8.6mm, 二级分支长度和三级分支长度L2=L3=3.9mm，相临两个一级分支间夹角 为.0i二60。，相临两个二级分支间夹角为92=60°，相临两个三级分支间夹角为63 =60°，线宽W-0.3mm,晶格常数d=38.5mm，金属厚度t=0.03mm。
实施例三
采用电路板刻蚀技术，制作中心工作频率为3:4GHz的树枝状结构左手材料 微带天线，如图4所示。选用面积为140mmxi40mm，厚度为l.Omm的聚乙烯 材料(e=2.3)作为天线的介质基板1，介质基板1 一侧的金属铜辐射贴片2的 大小为33mmx26mm，另一面完全为金属铜，作为接地板3，采用同轴馈电，SMA 同轴4接头连接金属辐射片2和金属接地板3，并作为天线的信号馈入源。'在辐射贴片的周围刻蚀周期排列金属铜树枝状结构单元阵列5，对于本实施例工作频 率为3.4GHz的微带天线，树枝状结构的几何尺寸为 一级分支长度L,二7.1， 二 级分支长度和三级分支长度L2=L3=3.3mm，相临两个一级分支间夹角为6, =30°， 相临两个二级分支间夹角为62=30°，相临两个三级分支间夹角为63 = 30°，线宽 W=0.8mm,晶格常数d二31.9mm，金属厚度t=0.03mm。
以上所述，仅为本发明的优选实施例，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S波段(2GHz～4GHz)树枝状结构左手材料微带贴片天线，包括介质基板，辐射金属片和金属地板，将辐射金属片和金属地板分别印制在介质板的两侧，SMA接头，连接金属地板和辐射金属片，并作为无线电信号的馈入接口；一组由周期性排列的树枝结构单元，刻蚀于辐射金属片的介质材料周围上。
2.如权利要求1所述的S波段树枝状结构左手材料微带天线，其特征是用 于微带天线的金属树枝状结构左手材料的单元几何参数为 一级分支长度L,= 7.1mm 8.6腿，二级分支长度和三级分支长度相等，艮卩L2=L3=3.3mm 3.9mm， 相临两个一级分支间夹角为6, = 15° 75°，相临两个二级分支间夹角为62= 15° 75°，相临两个三级分支间夹角为e3 = 15。 75°，线宽W=0.3mm~1.2mm，晶格 常数d=31.9mm 38.5mm，金属厚度t二0.02mm 0.05mm。
3. 如权利要求1所述的S波段树枝状结构左手材料微带天线，其特征是所用 介质基板是厚度为0.8mm 2mm的聚四氟乙烯，环氧玻璃布，聚乙烯材料。
4. 如权利要求1所述的S波段左手材料微带天线，其特征在于制作过程包括 以下几个步骤(1) 采用电路板刻蚀技术，在聚四氟乙烯纤维基板上两侧分别刻蚀出金属接地 板和金属辐射片。(2) 将在金属辐射片的周围的聚四氟乙烯纤维基板上刻蚀由周期性排列树枝 状结构；其中树枝状结构呈周期性排列，刻蚀在金属辐射片的周围。(3) 选取合适的馈电点，通过SMA接头连接金属地板和辐射片，完成天线制作。
全文摘要
本发明涉及一种S波段(2GHz～4GHz)树枝状结构左手材料微带天线。这种天线是将树枝状结构左手材料加载于微带天线金属贴片的周围，采用电路板刻蚀技术将树枝状结构左手材料刻蚀于微带天线基板上。利用树枝状结构左手材料的奇特的电磁行为来改善天线的性能。用于本发明微带天线的树枝状结构左手材料与天线的制备方法相同，均采用电路板刻蚀技术，可以与微带天线一体成型，制备简单，成本低廉，将来可以大范围的推广与应用。
文档编号H01Q13/08GK101540435SQ20081001772
公开日2009年9月23日 申请日期2008年3月17日 优先权日2008年3月17日
发明者史亚龙, 朱忠奎, 罗春荣, 赵晓鹏 申请人:西北工业大学