專利名稱：一種樹枝狀結(jié)構(gòu)左手材料基底的x波段全向微帶天線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種x波段全向微帶天線，特別涉及一種樹枝狀結(jié)構(gòu)左手材料基底的 x波段全向微帶天線。
背景技術(shù)：
近年來，無線電通信事業(yè)發(fā)展迅速，給人們的信息技術(shù)交流和物質(zhì)文化生活帶來 極大的便利。在該領(lǐng)域的高速發(fā)展過程中，天線始終占據(jù)著十分重要的地位。
全向天線工作時具有很大的服務(wù)范圍，所以在包括移動和無線局域網(wǎng)系統(tǒng)在內(nèi)的無線電 通信領(lǐng)域有很高的應(yīng)用價值。傳統(tǒng)的全向天線為了實現(xiàn)更大的輻射范圍，結(jié)構(gòu)上都突出于接 地面，導(dǎo)致天線容易受損害，限制了它們的使用范圍。而全向微帶天線可在低剖面結(jié)構(gòu)下實 現(xiàn)全向輻射，具有體積小、重量輕，平面結(jié)構(gòu)穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，在衛(wèi)星通信、雷達(dá)、遙感等方面 具有很大的應(yīng)用前景。但是全向微帶天線自身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，導(dǎo)致它輻射效率差，增益低，工 作帶寬窄。這些缺點(diǎn)在很大程度上限定了其實用性。
左手材料是一種介電常數(shù)和磁導(dǎo)率同時為負(fù)的人工周期結(jié)構(gòu)材料，表現(xiàn)出許多奇異的光 學(xué)和電磁學(xué)性能，如負(fù)折射率，完美透鏡效應(yīng)，反常多普勒效應(yīng)等。這些特性有望應(yīng)用于探 測器、微波器件和天線等領(lǐng)域。目前左手材料的制備多采用復(fù)合金屬絲陣列和開口諧振環(huán)陣 列來分別實現(xiàn)負(fù)介電常數(shù)和負(fù)磁導(dǎo)率，即需要兩種結(jié)構(gòu)組合來實現(xiàn)左手材料
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種樹枝狀結(jié)構(gòu)左手材料基底的x波段全向微帶天線，利用
樹枝狀結(jié)構(gòu)左手材料的奇特電磁行為，在克服全向微帶天線輻射效率差，增益低，工作帶寬 窄等缺點(diǎn)的同時滿足天線結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的要求。
本發(fā)明將樹枝狀結(jié)構(gòu)左手材料加載于全向微帶天線基板上，該全向微帶天線結(jié)構(gòu)主要包 括聚四氟介質(zhì)基板、金屬貼片、金屬過孔、金屬接地板和同軸饋頭等。調(diào)節(jié)全向微帶天線的
結(jié)構(gòu)參數(shù)，可使其工作于X波段；設(shè)計樹枝狀結(jié)構(gòu)左手材料的結(jié)構(gòu)參數(shù)，滿足其左手行為區(qū)
域包含全向微帶天線的中心工作頻率，利用該材料的奇特電磁行為，可使全向微帶天線的輻 射效率增大，增益提高，工作帶寬變大，改善天線性能。本發(fā)明所采用的樹枝狀結(jié)構(gòu)左手材 料，不同于傳統(tǒng)的由開口諧振環(huán)與金屬線兩種結(jié)構(gòu)組成的左手材料，它僅由一種結(jié)構(gòu)單元即 樹枝狀結(jié)構(gòu)組成，就可以同時實現(xiàn)負(fù)介電常數(shù)和負(fù)磁導(dǎo)率。這種樹枝狀結(jié)構(gòu)左手材料與全向 微帶天線的制備均采用電路板刻蝕技術(shù)，可一體成型，制作工藝簡單，成本低廉。而且這種 新型全向微帶天線同時具備低剖面的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，天線穩(wěn)定性好，因此具有很高的實用價值和 廣闊的市場前景。


圖l樹枝狀結(jié)構(gòu)左手材料基底的X波段全向微帶天線結(jié)構(gòu)示意圖2樹枝狀結(jié)構(gòu)左手材料結(jié)構(gòu)單元示意圖3實施例一的天線結(jié)構(gòu)正視圖4實施例一的天線回波損耗曲線；
具體實施例方式
參閱圖l，本發(fā)明包括金屬樹枝狀結(jié)構(gòu)左手材料l、金屬貼片2，聚四氟介質(zhì)基板3，金
屬過孔4，金屬接地板5和同軸饋頭6。
金屬樹枝狀結(jié)構(gòu)左手材料1和金屬貼片2均采用刻蝕的方法周期性地加工在聚四氟介質(zhì)
基板3上，金屬樹枝狀左手材料1位于金屬貼片2的周圍。
在金屬貼片2的中心位置處加工金屬過孔4，將金屬貼片2和金屬接地板5導(dǎo)通。 該同軸饋頭6焊接在接地板5上，探針的頂端與金屬貼片2導(dǎo)通。 當(dāng)使用該全向微帶天線時，調(diào)節(jié)金屬樹枝狀結(jié)構(gòu)左手材料1、金屬貼片2的尺寸和金屬
過孔4的直徑等參數(shù)可使天線工作在X波段內(nèi)的指定頻率。
該天線所包含的金屬樹枝狀結(jié)構(gòu)左手材料1的單元個數(shù)為16，金屬貼片2和金屬過孔4
的單元個數(shù)均為6。
本發(fā)明的實現(xiàn)過程和材料的性能由實施例和

實施例一-
采用電路板刻蝕技術(shù)制作天線的基板，選用邊長為70mm的正方形聚四氟雙面覆銅介質(zhì) 板(e=2.55)，介質(zhì)基板厚度為0.73mm,雙面覆銅的厚度均為0.07mm。取基板的一面為接地 面，在另一面的中心周期性地刻蝕出3*2單元的正方形金屬貼片，貼片邊長ra=5.3min，間隙寬 度為0.5mm。加工出r-0.35mra的金屬過孔將金屬貼片和接地板導(dǎo)通，并在接地板上焊接同軸 饋頭，使探針位于金屬貼片的中心線上，與介質(zhì)板的中心距離為0.95mra。在輻射金屬貼片的 周圍刻蝕出周期排列金屬銅樹枝狀結(jié)構(gòu)左手材料，其結(jié)構(gòu)單元如圖2所示。對于本實施例的 全向微帶天線，樹枝狀結(jié)構(gòu)的幾何尺寸為一級分支長度a-2.6mm，二級分支長度b-1.7mm， 三級分支長度c-1.2mm，相臨兩個一級分支間夾角為e,-45。，相臨兩個二級分支間夾角為 62 = 45°,相臨兩個三級分支間夾角為93=45°，所有金屬樹枝線寬均為w=0.3mm，晶格常數(shù) d=12.5mm,金屬厚度為0.07mm。附圖3為該全向微帶天線的結(jié).構(gòu)正視圖。本實施例樹枝狀 結(jié)構(gòu)左手材料基底的X波段全向微帶天線的回波損耗曲線如圖4中的曲線1所示，中心工作 頻率為8.66GHz，帶寬達(dá)560MHz，而原始全向微帶天線的回波損耗曲線如圖4中曲線2所示，中心工作頻率為8.7GHz，工作帶寬僅有320MHz。 實施例二
采用電路板刻蝕技術(shù)制作天線的基板，選用邊長為70mtn的正方形聚四氟雙面覆銅介質(zhì) 板(e=2.55)，介質(zhì)基板厚度為0.73mm,雙面覆銅的厚度均為0.07rnm。取基板的一面為接地 面，在另一面的中心周期性地刻蝕出3*2單元的正方形金屬貼片，貼片邊長『5.1mm,間隙 寬度為0.5mm。加工出r-0.3mm的金屬過孔將金屬貼片和接地板導(dǎo)通，并在接地板上焊接同 軸饋頭，使探針位于金屬貼片的中心線上，與介質(zhì)板的中心距離為0.95mm。在輻射金屬貼片 的周圍刻蝕出周期排列金屬銅樹枝狀結(jié)構(gòu)左手材料，其結(jié)構(gòu)單元如圖2所示。對于本實施例 的全向微帶天線，樹枝狀結(jié)構(gòu)的幾何尺寸為 一級分支長度a=2.5mm， 二級分支長度b二 1.8mm,三級分支長度c-Imm，相臨兩個一級分支間夾角為9,=45°，相臨兩個二級分支間 夾角為02=45°,相臨兩個三級分支間夾角為e3=45°，所有金屬樹枝線寬均為f0.3mm，晶 格常數(shù)d-12mm，金屬厚度為0.07mm。本實施例樹枝狀結(jié)構(gòu)左手材料基底的X波段全向微 帶天線的中心工作頻率為9.12GHz。 實施例三
采用電路板刻蝕技術(shù)制作天線的基板，選用邊長為70mm的正方形聚四氟雙面覆銅介質(zhì) 板(e-2.55)，介質(zhì)基板厚度為0.73mm,雙面覆銅的厚度均為0.07mm。取基板的一面為接地 面，在另一面的中心周期性地刻蝕出3*2單元的正方形金屬貼片，貼片邊長m=4.9mm，間隙 寬度為0.5mm。加工出r=0.3mm的金屬過孔將金屬貼片和接地板導(dǎo)通，并在接地板上焊接同 軸饋頭，使探針位于金屬貼片的中心線上，與介質(zhì)板的中心距離為0.95mm。在輻射金屬貼片 的周圍刻蝕出周期排列金屬銅樹枝狀結(jié)構(gòu)左手材料，其結(jié)構(gòu)單元如圖2所示。對于本實施例 的全向微帶天線，樹枝狀結(jié)構(gòu)的幾何尺寸為 一級分支長度a=2.4mm， 二級分支長度b = 1.5mm，三級分支長度c=l.lmm，相臨兩個一級分支間夾角為A =45°，相臨兩個二級分支 間夾角為92=45°，相臨兩個三級分支間夾角為e3==45°，所有金屬樹枝線寬均為w=0.3mm， 晶格常數(shù)d-11.5ram,金屬厚度為0.07mrn。本實施例樹枝狀結(jié)構(gòu)左手材料基底的X波段全 向微帶天線的中心工作頻率為9.56GHz。 實施例四-
采用電路板刻蝕技術(shù)制作天線的基板，選用邊長為70mm的正方形聚四氟雙面覆銅介質(zhì) 板(e=2.55)，介質(zhì)基板厚度為0.73mrn，雙面覆銅的厚度均為0~7咖。取基板的一面為接地 面，在另一面的中心周期性地刻蝕出3*2單元的正方形金屬貼片，貼片邊長nF4.8mm，間隙寬 度為0.5mm。加工出r=0.35mra的金屬過孔將金屬貼片和接地板導(dǎo)通，并在接地板上焊接同軸饋頭，使探針位于金屬貼片的中心線上，與介質(zhì)板的中心距離為0.95mra。在輻射金屬貼片的 周圍刻蝕出周期排列金屬銅樹枝狀結(jié)構(gòu)左手材料，其結(jié)構(gòu)單元如圖2所示。對于本實施例的 全向微帶天線，樹枝狀結(jié)構(gòu)的幾何尺寸為 一級分支長度a=2.4mm， 二級分支長度b= 1.4mm， 三級分支長度c二lmm，相臨兩個一級分支間夾角為6i二45。，相臨兩個二級分支間央角為e2 =45°，相臨兩個三級分支間夾角為63=45°，所有金屬樹枝線寬均為w=0.3mm，晶格常數(shù)d =llmm，金屬厚度為0.07mm。本實施例樹枝狀結(jié)構(gòu)左手材料基底的X波段微帶全向天線的 中心工作頻率為10.25GHz。
權(quán)利要求
1. 一種樹枝狀結(jié)構(gòu)左手材料基底的X波段全向微帶天線，由金屬貼片、介質(zhì)基板、金屬過孔、金屬接地板和同軸饋頭組成，其主要特征是在X波段全向微帶天線的介質(zhì)基板上刻蝕周期排列的金屬樹枝狀結(jié)構(gòu)單元陣列。
2. 如權(quán)利要求1所述的一種樹枝狀結(jié)構(gòu)左手材料基底的X波段全向微帶天線，其特征是 用于X波段全向微帶天線的金屬樹枝狀結(jié)構(gòu)左手材料的結(jié)構(gòu)單元幾何參數(shù)為 一級分支的長度a=2.4mm 2.6mm， 二級分支的長度b = 1.4mm 1.8mm，三級分支的長度c = lmm l.lmm，相臨兩個一級分支間夾角為6,-45。，相臨兩個二級分支間夾角為92 = 45°,相臨兩個三級分支間夾角為03=45°,所有樹枝的線寬w=0.03mni,厚度t=0.07 mm。
3. 如權(quán)利要求1所述的一種樹枝狀結(jié)構(gòu)左手材料基底的X波段全向微帶天線，其特征是 金屬樹枝狀結(jié)構(gòu)單元的晶格常數(shù)d-llmm 12.5mm。
4. 如權(quán)利要求1所述的一種樹枝狀結(jié)構(gòu)左手材料基底的X波段全向微帶天線，其制備過程 如下(1) 正方形聚四氟介質(zhì)基板的厚度為0.73mm，邊長為70mm，介質(zhì)基板雙面覆銅的厚度均為0.07畫；(2) 在聚四氟介質(zhì)板的單面中心處刻蝕3X2單元的正方形金屬貼片，在每個貼片的中心位置加工金屬過孔，將貼片和金屬接地板導(dǎo)通；(3) 在金屬接地板上焊接同軸饋頭，其探針頂點(diǎn)位于所在金屬貼片的中心線上，與聚四 氟介質(zhì)板的中心點(diǎn)距離為0.95mm。(4) 正方形金屬貼片邊長為m=4.8mm 5.3mm，金屬過孔半徑為產(chǎn)0.3mm 0.35ram,相 鄰金屬貼片的間隙為0.5mm。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種樹枝狀結(jié)構(gòu)左手材料基底的X波段全向微帶天線。該天線通過在X波段全向微帶天線的介質(zhì)基板上刻蝕周期排列的金屬樹枝狀結(jié)構(gòu)單元陣列制成。利用樹枝狀結(jié)構(gòu)左手材料的奇特電磁行為改善天線性能，使天線的帶寬增大，方向性更集中，增益提高，可在低剖面結(jié)構(gòu)下實現(xiàn)全向輻射。本發(fā)明全向微帶天線的樹枝狀結(jié)構(gòu)左手材料與天線的制備采用電路板刻蝕技術(shù)，制作工藝簡單，成本低廉，有很高的實用價值和廣闊的市場前景。
文檔編號H01Q1/38GK101471492SQ20071030816
公開日2009年7月1日 申請日期2007年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月28日
發(fā)明者李明明, 趙曉鵬 申請人:西北工業(yè)大學(xué)