專利名稱：基于復(fù)合左/右手傳輸線的雙頻微帶貼片天線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及雙頻微帶天線，具體講，涉及基于復(fù)合左/右手傳輸線的雙頻微帶貼片天線。
背景技術(shù)：
近年來，復(fù)合左/右手傳輸線由于其具有的奇異特性已成為電磁領(lǐng)域研究的前沿和熱點。復(fù)合左/右手傳輸線兼具左手材料和右手材料的特性當(dāng)電磁波在該傳輸線中傳播時，在某個頻率范圍內(nèi)其等效介電常數(shù)和等效磁導(dǎo)率同時為負(fù)值，即電場、磁場、波矢量遵從左手定則；而在另外頻率范圍內(nèi)其等效介電常數(shù)和等效磁導(dǎo)率同時為正值，即電場、磁場、波矢量遵從右手定則。目前復(fù)合左/右手傳輸線已經(jīng)發(fā)展成為電磁領(lǐng)域中的一個新型范例，并在未來的微波設(shè)備研究中擁有不可估量的潛力。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，不受天線尺寸限制，靈活調(diào)整天線的諧振頻率，為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是，基于復(fù)合左/右手傳輸線的雙頻微帶貼片天線，包括接地板，F(xiàn)R4環(huán)氧介質(zhì)基板，饋線，輻射貼片，輻射貼片由依次相鄰設(shè)置的復(fù)合左/右手傳輸線單元構(gòu)成，每個復(fù)合左/右手傳輸線單元的結(jié)構(gòu)為兩條相互平行長邊中間設(shè)有交指結(jié)構(gòu)，交指結(jié)構(gòu)是指每條長邊向?qū)呇卮怪狈较蛟O(shè)有凸起條，一條長邊的第I個凸起條下一位置是對邊的凸起條，再下一位置是該條長邊的第2個凸起條，依次類推形成交指結(jié)構(gòu)，最后位置復(fù)合左/右手傳輸線單元外長邊向外垂直方向設(shè)置有凸起條，與一條和該邊平行的長邊向內(nèi)垂直方向設(shè)置的凸起條形成交指結(jié)構(gòu)；長邊及交指結(jié)構(gòu)是侵蝕掉輻射貼片表面的金屬層在輻射貼片表面形成無金屬層的長邊、交指結(jié)構(gòu)，長邊的兩端設(shè)有過孔即探針結(jié)構(gòu)；饋線上設(shè)置有復(fù)合左/右手傳輸線單元，饋線上的復(fù)合左/右手傳輸線單元是以蛇行線形狀形成，蛇行線是侵蝕掉饋線表面的金屬層在饋線表面形成無金屬層的蛇行線，蛇形線長邊與短邊轉(zhuǎn)角均為直角，蛇形線長邊與饋線方向平行；饋線連接到輻射貼片上第一個復(fù)合左/右手傳輸線單元外側(cè)長邊的中部，蛇形線短邊至饋線連接到輻射貼片的連接點最短距離為8-18mm。接地板由FR4環(huán)氧介質(zhì)基板上金屬層侵蝕掉兩個尺寸相同U型槽形成，兩個U型槽開口相對，底邊相互平行，對稱設(shè)置在饋線軸線兩側(cè)，底邊長為100mm，U型槽靠近饋電點的一條臂與饋電點的最短垂直距離為8-18mm。本發(fā)明的技術(shù)特點及效果本發(fā)明在地板上加載雙U形縫隙，可以達(dá)到調(diào)整天線諧振頻率的目的。


圖I復(fù)合左/右手傳輸線天線結(jié)構(gòu)及建模示意圖。圖2天線饋電電路結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3d = 14mm、15mm、18mm 時天線的 Sll 參數(shù)。(a)d = 14mm 時，兩個諧振頻率為 2. 40GHz(Sll = -16. 98dB) 3. OlGHz (SI I=-9. 68dB)。(b)d = 15mm 時，兩個諧振頻率為 2. 25GHz (Sll = -21. 35dB)和 2. 99GHz (SI I=-19. 92dB)。(c) d = 16mm 時，兩個諧振頻率為 2. 27GHz (Sll = -12. 23dB)和 2. 9GHz (SI I=-11. 80dB)。
圖4縫隙加載示意圖。圖5加載縫隙后的Sll參數(shù)曲線。圖6復(fù)合左/右手傳輸線等效電路圖
具體實施例方式采用復(fù)合左/右手傳輸線技術(shù)研制的天線，其諧振頻率由串聯(lián)電容C1、串聯(lián)電感L1、并聯(lián)電容C2及并聯(lián)電感L2決定，復(fù)合左/右手傳輸線的等效電路圖如圖6所示。本發(fā)明利用復(fù)合左/右手傳輸線理論，設(shè)計了一種新型雙頻微帶天線，在接地板上加載雙U形縫隙，通過改變U形縫隙的參數(shù)，可以靈活調(diào)整天線的諧振頻率。采用典型的一維微帶線實現(xiàn)的復(fù)合左/右手傳輸線來構(gòu)造天線，建模示意圖如圖I所示。圖中虛線所圍部分即為復(fù)合左/右手傳輸線單元。本天線采用6個復(fù)合左/右手傳輸線單元為輻射貼片，采用50Q同軸線饋電，在天線一側(cè)加載同軸饋電電路，在饋電點和輻射貼片間加載匹配電路，并在復(fù)合左/右手傳輸線邊緣接探針(探針即圖I中所示的過孔)以實現(xiàn)阻抗匹配。饋電電路如圖2所示。通過調(diào)整饋電電路的交指結(jié)構(gòu)與復(fù)合左/右手傳輸線間的距離d來調(diào)整天線與同軸線的阻抗匹配程度。當(dāng)d取不同值時，對天線仿真得到的Sll參數(shù)如圖3所示。最后在地板上加載雙U形縫隙，以達(dá)到方便調(diào)節(jié)天線諧振頻率的目的。如圖5所示，在天線接地板上加載雙U形縫隙。圖5為加載U形縫隙后天線的回波損耗隨頻率變化曲線。當(dāng)d取不同值時，對天線仿真得到的Sll參數(shù)如圖3所示。通過調(diào)整饋電電路的交指結(jié)構(gòu)與復(fù)合左/右手傳輸線間的距離d來調(diào)整天線與同軸線的阻抗匹配程度。。觀察d在8mm到18mm間變化時，發(fā)現(xiàn)當(dāng)d = 15mm時,天線在2. 24GHz和2. 99GHz兩個頻率的Sll參數(shù)大小接近，為-21. 95dB和-19. 92dB,均遠(yuǎn)小于_10dB，此時天線的在兩個頻率上的輸入阻抗分別為51. 756+J7. 6853 Q和46. 875+J9. 4624 Q，阻抗匹配程度良好。仍取d = 15mm，計算在地板上加載雙U形縫隙后天線的Sll曲線，其參數(shù)如圖5所示。此時，天線的回波損耗值變化不大，而諧振頻率卻降低了，比之前的諧振頻率分別下降260MHz和90MHz，證實了在地板上加載雙U形縫隙，可以達(dá)到調(diào)整天線諧振頻率的目的。采用復(fù)合左/右手傳輸線基于一維微帶線的典型結(jié)構(gòu)設(shè)計了一種新型雙頻微帶天線，通過調(diào)整饋電電路的交指結(jié)構(gòu)與復(fù)合左/右手傳輸線間的距離d，使得天線在兩個頻率下的輸入阻抗能夠同時達(dá)到匹配，并且在天線接地板上加載雙U形縫隙，達(dá)到了降低諧振頻率的目的。天線結(jié)構(gòu)如圖I所示，采用的基板介電常數(shù)為4. 5，尺寸為160X30X1. 58mm3，天線過孔(即探針)的直徑為0. 5mm，其他參數(shù)如圖I所示。天線饋電電路結(jié)構(gòu)如圖2所示其中d為饋電電路到傳輸單元的距離。天線采用上述的6個傳輸線單元為輻射貼片，在天線一側(cè)加載同軸饋電電路，采用50 Q同軸線饋電，另一側(cè)采用探針加載以實現(xiàn)終端的阻抗匹配。當(dāng)d取不同值時，對天線仿真得到的Sll參數(shù)如圖3所示。通過調(diào)整饋電電路的交指結(jié)構(gòu)與復(fù)合左/右手傳輸線間的距離d使得天線與同軸線實現(xiàn)阻抗匹配。在地板上加載雙U形縫隙，結(jié)構(gòu)尺寸如圖4所示。通過調(diào)整U形縫隙的寬度(圖4顯示的寬度為Imm)，實現(xiàn)調(diào)節(jié)天線諧振頻率的目的。
權(quán)利要求
1.ー種基于復(fù)合左/右手傳輸線的雙頻微帶貼片天線，包括接地板，F(xiàn)R4環(huán)氧介質(zhì)基板，饋線、輻射貼片，其特征是，輻射貼片由依次相鄰設(shè)置的復(fù)合左/右手傳輸線單元構(gòu)成，每個復(fù)合左/右手傳輸線単元的結(jié)構(gòu)為兩條相互平行長邊中間設(shè)有交指結(jié)構(gòu)，交指結(jié)構(gòu)是指每條長邊向?qū)呇卮怪狈较蛟O(shè)有凸起條，一條長邊的第I個凸起條下一位置是對邊的凸起條，再下一位置是該條長邊的第2個凸起條，依次類推形成交指結(jié)構(gòu)，最后位置復(fù)合左/右手傳輸線単元外長邊向外垂直方向設(shè)置有凸起條，與一條和該邊平行的長邊向內(nèi)垂直方向設(shè)置的凸起條形成交指結(jié)構(gòu)；長邊及交指結(jié)構(gòu)是侵蝕掉輻射貼片表面的金屬層在輻射貼片表面形成無金屬層的長邊、交指結(jié)構(gòu)，長邊的兩端設(shè)有過孔即探針結(jié)構(gòu)；饋線上設(shè)置有復(fù)合左/右手傳輸線単元，饋線上的復(fù)合左/右手傳輸線単元是以蛇行線形狀形成，蛇行線是侵蝕掉饋線表面的金屬層在饋線表面形成無金屬層的蛇行線，蛇形線長邊與短邊轉(zhuǎn)角均為直角，蛇形線長邊與饋線方向平行；饋線連接到輻射貼片上第一個復(fù)合左/右手傳輸線単元外側(cè)長邊的中部，蛇形線短邊至饋線連接到輻射貼片的連接點最短距離為8-18_。
2.如權(quán)利要求I所述的基于復(fù)合左/右手傳輸線的雙頻微帶貼片天線，其特征是，接地板由FR4環(huán)氧介質(zhì)基板上金屬層侵蝕掉兩個尺寸相同U型槽形成，兩個U型槽開ロ相對，底邊相互平行，對稱設(shè)置在饋線軸線兩側(cè)，底邊長為100mm，U型槽靠近饋電點的一條臂與饋電點的最短垂直距離為8-18mm。
全文摘要
本發(fā)明涉及雙頻微帶天線。為不受天線尺寸限制，靈活調(diào)整天線的諧振頻率，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是，基于復(fù)合左/右手傳輸線的雙頻微帶貼片天線，包括接地板，F(xiàn)R4環(huán)氧介質(zhì)基板，饋線，輻射貼片，輻射貼片由依次相鄰設(shè)置的復(fù)合左/右手傳輸線單元構(gòu)成，每個復(fù)合左/右手傳輸線單元的結(jié)構(gòu)為兩條相互平行長邊中間設(shè)有交指結(jié)構(gòu)，饋線上設(shè)置有復(fù)合左/右手傳輸線單元，饋線上的復(fù)合左/右手傳輸線單元是以蛇行線形狀形成；饋線連接到輻射貼片上第一個復(fù)合左/右手傳輸線單元外側(cè)長邊的中部，蛇形線短邊至饋線連接到輻射貼片的連接點最短距離為8-18mm。本發(fā)明主要應(yīng)用于圖像傳感器的設(shè)計制造。
文檔編號H01Q13/08GK102683837SQ20121014920
公開日2012年9月19日 申請日期2012年5月14日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月14日
發(fā)明者劉青爽, 孔曦, 孟慶斌, 金杰 申請人:天津大學(xué)