[發明專利]一種復合左右手傳輸線的寬帶二元陣天線

無效

• 申請號: 201010500726.3
• 申請日: 2010-09-30
• 公開（公告）號: CN101950858A
• 公開（公告）日: 2011-01-19
• 發明（設計）人: 鄭奎松;吳昌英;韋高;許家棟
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: H01Q1/38
• 分類號: H01Q1/38;H01Q13/08;H01Q21/00
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 顧潮琪

技術領域

本發明涉及一種天線，尤其是基于復合左右手傳輸線技術的一種寬帶的高增益的毫米波二元陣天線。

背景技術

左手材料(left-handed?metamaterials)是近年來材料學和物理學領域研究的熱點之一。在經典的電動力學理論中，介電材料的電磁特性可由介電常數ε和磁導率μ兩個宏觀參數來描述。在自然界中，介質的介電常數ε和磁導率μ都是正數，當電磁波照射這些介質材料時，描述電磁波傳播特性的電場強度E、磁場強度H和電磁波的傳播方向K滿足右手螺旋關系，這是物理學中經典的“右手定則”關系。滿足“右手定則”關系的介質材料即為右手材料。而通過一定的周期性結構設計，能夠獲得介電常數ε和磁導率μ都是負數的人造左手材料。當電磁波照射左手材料時，描述電磁波傳播特性的電場強度E、磁場強度H和電磁波的傳播方向K滿足“左手螺旋”關系。此外，電磁波在左手材料中傳播時還存在逆snell折射等特殊的電磁特性。基于傳輸線理論分析可知，采用串聯電容和并聯電感設計的傳輸線具有左手材料的特性，由于此時傳輸線上還寄生有右手效應，這時的傳輸線就構成了復合左右手傳輸線。

Itoh等人在文獻和相關文獻介紹了基于復合左右手傳輸線技術設計天線的方法。在2002年Itoh等人在文章“Application?of?the?transmission?line?theory?of?left-handed(LH)materials?to?the?realization?of?a?microstrip?LH?line”和2007年Lee等人在文章“Epsilon?negative?zeroth-order?resonator?antenna”都敘述了利用左右手傳輸線設計的天線，美中不足的時，上述基于左手傳輸線結構實現的天線雖然尺寸較小，卻存在著輻射效率低，帶寬窄以及增益小的問題。這樣的天線很難滿足實際應用的需要。究其原因，主要是因為采用復合左右手傳輸線的零階諧振模式時，在此工作狀態下，傳輸線的傳輸常數β為零，波長為無窮大，天線貼片下電場分布沒有倒相的過程，從而導致天線輻射效率低、增益差的問題。

發明內容

為了克服現有技術帶寬窄(通常小于1％)、低增益的不足，本發明提供一種二元陣天線，基于復合左右手傳輸線技術，改進構成天線的左手特性的串聯電容和并聯電感的分布，合理設置由復合左右手傳輸線組成的天線陣單元結構，從而實現小尺寸、寬帶和高增益的二元陣天線，能夠滿足多種天線場合的實際需求。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：一種基于左右手傳輸線技術的寬帶二元陣天線，包括一涂覆銅箔的微波介質基板和通過刻蝕銅箔在微波介質基板上的上、下表面分別形成的上表面元件和下表面元件，所述的上表面元件包括兩個結構相同的天線陣單元，天線陣單元之間通過弓形連接線相連接；弓形連接線中間的某處連接微帶線的一端，連接點到弓形連接線的兩個端口的距離之間相差λ/2，λ為天線陣單元的工作波長，微帶線的另一端和饋源相連接，所述的下表面元件為接地板。每個天線陣單元由N個依次排列的方形輻射片構成，N可以取為2～10個。每個輻射片通過短路針穿過微波介質基板與接地板導通；天線陣單元最外邊(以遠離弓形連接線一側為外邊)的輻射片上刻蝕有方形槽，改善最外邊輻射片上的電磁流分布；每兩個輻射片之間刻蝕有方齒形刻蝕線，構成一個或多個方齒形交指，以構成交指電容，增強輻射片之間的電磁耦合，從而可以在輻射片之間形成構成左右手傳輸線所需要的分布電容；所述的弓形連接線和輻射片之間刻蝕有縫隙，加強弓形連接線與輻射片之間的電磁耦合，縫隙的間距可以為0.1mm～0.3mm。

所述微波介質基板由特氟龍材料構成，該種微波介質材料具有價格低廉和優越的抗老化性能，微波介質基板也可由FR4環氧玻璃布或者發泡聚苯乙烯等其他微波介質材料構成。

所述的弓形連接線為形狀彎曲類似于弓形的微帶線。

所述的方齒形刻蝕線構成的交指電容寬度小于輻射片寬度。

本發明的有益效果是：通過將復合左右手傳輸線技術中起到左手效應的電容部分改用了交指電容的方式，增強了輻射片之間的電磁耦合，改善了天線的阻抗分布情況，提高了天線的帶寬；利用弓形連接線和一端連接饋源的微帶線之間的連接點位置的優化設置，來調整兩個的天線陣單元之間的相位差，從而改善整個二元陣天線的電磁流分布，進一步提高天線陣的輻射帶寬和增益，獲得高增益、寬帶的子波二元陣毫米波天線。

下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明。

附圖說明

圖1為本發明實施實例1寬帶二元陣天線的整體結構示意圖。