专利名称：一种双排矩s形极子天线的制作方法
技术领域：
本发明属于微带天线领域，具体涉及一种具有双排矩S形极子天线。
背景技术：
左手材料(LHM)是20世纪90年代末期出现的一种新型周期结构的人工电磁媒质。它同时具有介电常数g和磁导
率爲都为负的双负材料，即当电磁波在这种介质材料中传播时，电场、磁场和波矢遵从左
手法则，所以被称为左手材料(或称负折射材料)。它作为一种新型的人工电磁材料，近年来引起了人们极大的研究兴趣。早在1968年，V. G. V eselageo就从理论上研究了 LHM中的反常电磁现象；2000年smith等人在实验室首次制造出了微波段的负折射率介质。左手材料的反常电磁特性展现了它在光与电磁波领域潜在的重要应用价值。微带天线是近30年来逐渐发展起来的一类新型天线。早在1953年就提出了微带天线的概念，但并未引起工程界的重视。在50年代和60年代只有一些零星的研究，真正的发展和使用是在70年代。常用的一类微带天线是在一个薄介质基(如聚四氟乙烯玻璃纤维压层)上，一面附上金属薄层作为接地板，另一面用光刻腐蚀等方法做成一定形状的金属贴片，利用微带线和轴线探针对贴片馈电，这就构成了微带天线。当贴片是一面积单元时， 称它为微带天线；若贴片是一细长带条则称其为微带阵子天线。非左手材料复合极子天线，增益低、频带窄、反射系数高、回波损耗高，故天线性能表现差，抗干扰能力弱，使用范围十分的有限。而由于特定频率范围内对天线的要求不同， 所以天线的结构也存在差异，本发明的目的就在特定频率下，增强天线的增益，减少其回波损耗。
发明内容
本发明主要提供一种双排矩S形极子天线，在特定频率范围内会大大加强电磁波共振强度，使得该结构对电磁能量的局域化程度有明显的提高，天线增益明显增大，并表现为较低的回波损耗。实现本发明的技术方案一种双排矩S形极子天线，包括上层介质基板、下层介质基板、复合极子天线、双排矩S形谐振结构和金属条，所述上层介质基板的背面和下层介质基板的正面贴合在一起，所述复合极子天线为条形结构，分为前端、中端和末端，安装于所述上层介质基板横向中线处，且其长度小于所述上层介质基板的长度；所述双排矩S形谐振结构对称的固定在所述复合极子天线末端的两侧，每侧3个，其与所述复合极子天线的距离相等；，所述复合极子天线通过金属条与每个双排矩S形谐振结构相连；所述下层介质基板的背面安装一层金属接地板。进一步，所述双排矩S形谐振结构由两个相同的单排矩S形谐振结构并列而成，任一单排矩S形谐振结构由一个S形开口环和两个相同的U形开口环组成，所述两个U形开
3口环分别位于所述S形开口环的开口内，且其开口方向与所述S形开口环的开口方向相对。进一步，所述复合极子天线的末端与所述上层介质基板有一定间隔。进一步，所述上层介质基板和下层介质基板的长度和宽度分别相同，且上层介质基板的厚度小于下层介质基板的厚度。进一步，所述上层介质基板的相对介电常数小于下层介质基板的相对介电常数。本发明的有益效果是采用双排矩S形谐振结构和复合极子天线的组合可以增加了磁导率，金属条增加了天线介质的介电常数，因此双排矩S形极子在频率特定范围内会大大加强电磁波共振强度，使得该结构对电磁能量的局域化程度有明显的提高，天线增益明显增大，且回波损耗较低。
下面结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步详细说明 图1是本发明双排矩S形极子天线上层结构示意图2是本发明双排矩S形极子天线下层结构示意图； 图3是本发明双排矩S形极子天线双排矩S形谐振结构示意图； 图4是本发明双排矩S形极子天线的Sll图； 图5是本发明双排矩S形极子天线的驻波比； 图6是本发明双排矩S形极子天线的反射系数； 图7是本发明双排矩S形极子天线的增益示意图。图中1-上层介质基板，2-下层介质基板，3-双排矩S形谐振结构，4-复合极子天线，5-金属条。
具体实施例方式如图1所示为双排矩S形极子天线的上层结构。上层介质基板1的大小为 Hl (18mm) XLl (60mm) XDl (Imm)，上层介质基板1的相对介电常数为2. 2，复合极子天线4位于上层介质基板1横向的中线处，复合极子天线4为长条形结构，分为前端、中端和末端，其前端长度L2=16mm，宽度H2=l. 4mm,中端长度L3=26mm，宽度H3=0. 8mm,末端长度L2=16mm，宽度H2=l. 4mm。复合极子天线4的末端两层对称的分布六组周期性排列双排矩S形谐振结构3，每侧三组，每组有双排矩S形谐振结构3，且通过金属条5与复合极子天线4的末端相连。每个金属条5的长度L5=7. 5mm,宽度H4=0. 5mm,双排矩S形谐振结构3到金属条5的距离为L4=0. 9mm。如图2所示为下层结构。下层介质基板2的大小为 Hl (18mm) XLl (60mm) XDl ^iim)，介质基板的相对介电常数为10，在介质基板2背面覆盖一个金属接地板。上层介质基板1的背面和下层介质基板2的正面贴合在一起，组成双排矩 S形极子天线的结构。如图3所示，每个双排矩S形谐振结构3均由两个相同的单排矩S形谐振结构并列而成，任一单排矩S形谐振结构由一个S形开口环和两个U形开口环组成。S形开口环的宽为H5=l. 4mm,长为L6=3. Imm ；每个U形开口环的宽为H6=0. 9mm,长为L7=0. 9mm, U形开口环置于S形开口环的开口处，且，U形开口环的开口方向与S形开口环的开口方向相对。本发明采用时域有限差分法研究双排矩S形极子天线的性能，通过仿真分析得到对应的性能参数，双排矩S形极子天线等效左手介质的有效介电常数和有效磁导率采用 NRW方法从S参数中提取。如图4所示，经过FDTD电磁仿真软件仿真得到回波损耗sll特性，在频率 4. 59546GHz处最小回波损耗sll约为-18. 4214dB,说明双排矩S形谐振结构能进一步减少回波损耗。如图5所示，天线在频率4. 5%46GHz处的驻波比为1. 27255，说明双排矩S形谐振结构能减少信号发射损耗。如图6所示，天线在在频率4. 5卯46GHz处的反射系数为0. 119931，说明双排矩S
形谐振结构能有效减小反射波，使得天线辐射更多的能量。如图7所示，得到天线增益特性，双排矩S形极子天线在频率f=150GHz时正向增益最大约为5. 25776dB，说明双排矩S形谐振结构可以较大提高贴片天线的增益。通过分析，发现双排矩S形极子天线在f=4. 59546GHz频率附近产生电磁波共振态，出现介电常数和磁导率的实部同时为负值，其折射率也是负值，大大加强了电磁波共振强度，使得双排矩S形结构对电磁能量的局域化程度有明显提高，天线增益明显增大并表现为较低的回波损耗。因此，双排矩S形极子天线增加了天线耦合到空间的电磁波辐射功率，从而提高了贴片天线增益和信噪比，较好地改善了天线的性能。本实施例的极子天线的优选在频率为4. 5卯46GHz 士 IOOMHz的范围内使用，其增益增大，回波损耗降低。当然将本实施例的尺寸等比例改变，还可以得到其他频率范围的极子天线的效果，也属于本发明的保护范围。
权利要求
1.一种双排矩S形极子天线，包括上层介质基板(1)、下层介质基板(2)和复合极子天线(4)，所述上层介质基板(1)的背面和下层介质基板(2)的正面贴合在一起，其特征在于还包括双排矩S形谐振结构(3)，所述复合极子天线(4)为条形结构，分为前端、中端和末端，安装于所述上层介质基板(1)横向中线处，且其长度小于所述上层介质基板(1)的长度；所述双排矩S形谐振结构(3)对称的固定在所述复合极子天线(4)末端的两侧，每侧3 个，其与所述复合极子天线(4)的距离相等；所述复合极子天线(4)通过金属条(5)与每个双排矩S形谐振结构(3)相连；所述下层介质基板(2)的背面安装一层金属接地板。
2.根据权利要求1所述的一种双排矩S形极子天线，其特征在于所述双排矩S形谐振结构(3)由两个相同的单排矩S形谐振结构并列而成，任一单排矩S形谐振结构由一个S 形开口环和两个相同的U形开口环组成，所述两个U形开口环分别位于所述S形开口环的开口内，且其开口方向与所述S形开口环的开口方向相对。
3.根据权利要求1所述的一种双排矩S形极子天线，其特征在于所述复合极子天线 (4)的末端与所述上层介质基板(1)的边缘有一定间隔。
4.根据权利要求1所述的一种双排矩S形极子天线，其特征在于所述上层介质基板 (1)和下层介质基板(2 )的长度和宽度分别相同，且上层介质基板(1)的厚度小于下层介质基板(2)的厚度。
5.根据权利要求1所述的一种双排矩S形极子天线，其特征在于所述上层介质基板 (1)的相对介电常数小于下层介质基板(2)的相对介电常数。
全文摘要
本发明公开一种双排矩S形极子天线，包括贴合在一起的上层介质基板(1)和下层介质基板(2)，该天线还包括双排矩S形谐振结构(3)和复合极子天线(4)，双排矩S形谐振结构(3)对称的固定在所述复合极子天线(4)的末端两侧，所述复合极子天线(4)通过金属条(5)与每个双排矩S形谐振结构(3)相连。双排矩S形谐振结构(3)和复合极子天线(4)的组合可以增加了磁导率，在特定频率范围内可以加强电磁波共振强度，增大天线增益，降低回波损耗。
文档编号H01Q1/36GK102509856SQ20111031901
公开日2012年6月20日 申请日期2011年10月20日 优先权日2011年10月20日
发明者吴朝辉, 宋雪桦, 尹康明, 杨庆庆, 王利国, 王昌达, 袁昕, 谢桂莹 申请人:江苏大学