[發明專利]基于復合左/右手傳輸線的超寬帶微帶天線

有效

• 申請號: 201210147156.3
• 申請日: 2012-05-11
• 公開（公告）號: CN102738571A
• 公開（公告）日: 2012-10-17
• 發明（設計）人: 劉青爽;金杰
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: H01Q1/38
• 分類號: H01Q1/38;H01Q1/50;H01Q13/08
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 劉國威

技術領域

本發明涉及超寬帶微帶天線。具體講，涉及基于復合左/右手傳輸線的超寬帶微帶天線。

背景技術

為了解決頻帶資源的緊張以及應對高速通信的需求，能夠與其他窄帶系統共享頻帶的超寬帶(Ultra?Wideband)技術成為新型無線通信技術的焦點。隨著2002年，美國聯邦通信委員會發布超寬帶通信系統的初步規范，將3.1-10.6GHz頻段分配給超寬帶通信使用，超寬帶技術開始廣泛應用于民用領域。UWB系統以其傳輸速率快、共享頻譜資源、抗干擾能力強、保密性好、成本低、功耗小等特點正式走向商業化。在超寬帶系統中，小型化、成本低、易于集成的UWB天線備受矚目。學者們設計了多種超寬帶天線以滿足超寬帶通信的需求。

復合左/右手傳輸線(Composite?Right/Left-Handed?Transmission?Line)是一種兼具左手材料和右手材料性質的超電磁介質，由于其具有的奇異特性已成為電磁領域研究的前沿和熱點，并在未來的微波設備研究中擁有不可估量的潛力。

發明內容

本發明旨在克服現有技術的不足，提供滿足超寬帶通信系統的超寬帶微帶天線，為達到上述目的，本發明采取的技術方案是，包括接地板，FR4環氧介質基板，饋電網絡和輻射貼片，饋電網絡由復合左/右手傳輸線單元構成，復合左/右手傳輸線單元是以蛇行線形狀蝕掉方形FR4環氧板表面金屬層形成，蛇行線轉角均為直角，蛇行線由右至左形成長邊，然后向上形成短邊，再180度轉折形成第2個長邊，然后再向上形成短邊，再180度轉折形成第3個長邊，依次類推經n次180度轉折，蛇行線長邊與方形FR4環氧板長邊平行；由左至右依次串接4個復合左/右手傳輸線單元形成饋電網絡，輻射貼片的金屬層由一段以蛇行線布置的傳輸線和方型輻射面基板組成，一段以蛇行線布置的傳輸線的一端連接饋電網絡依次串接的最后一個復合左/右手傳輸線單元，一段以蛇行線布置的傳輸線的另一端連接方型輻射面基板，饋電網絡和輻射貼片設置在FR4環氧介質基板一面上，FR4環氧介質基板另一面為接地板。

復合左/右手傳輸線單元長度為4.1毫米，寬度為2.2毫米，蛇行線部分由左至右長為3.3毫米；方型輻射面基板的長、寬各為4.4毫米、3.2毫米；蛇行線布置的傳輸線長邊與方型輻射面基板的短邊平行，其長邊到短邊轉角均為90度，蛇行線布置的傳輸線長邊方向寬度與輻射面基板的短邊等長，蛇行線布置的傳輸線最終的一個短邊連接到方型輻射面基板短邊中間位置。

本發明的技術特點及效果：

本發明采用復合左/右手傳輸線，基于一維微帶線的典型結構設計了一種新型超寬帶貼片天線。建立了基于電磁高頻仿真軟件HFSS的仿真模型，研究結果表明：本發明的天線在3.1-10.6GHz頻段內的回波損耗小于-10dB，并且具有良好的輻射性能，滿足超寬帶系統對天線設計的要求。

附圖說明

圖1復合左/右手傳輸線天線結構及建模示意圖。

圖2復合左右手傳輸線單元幾何圖。

圖3基于復合左右手傳輸線的超寬帶貼片天線三維結構圖。

圖4CRLH?TL單元級聯個數不同時天線的S11圖。圖中：

(a)f＝4.9GHz,Phi=0°(b)f＝4.9GHz,Phi=90°

(c)f＝8.4GHz,Phi=0°(d)f＝8.4GHz,Phi=90°

圖5不同工作頻率時天線的方向圖。

具體實施方式

天線包括接地板，介質基地FR4（環氧板），饋電網絡和輻射貼片。

采用典型的一維微帶線實現的復合左/右手傳輸線來構造天線，如圖1所示。天線采用邊饋，輸入阻抗為50Ω，在饋電點和輻射貼片間加載匹配電路,以實現阻抗匹配。

通過使用高頻仿真軟件HFSS（High?Frequency?Structure?Simulator）建立優化工程發現，復合左/右手傳輸線（CRLH?TL）單元級聯個數為影響天線工作帶寬的重要參數。當CRLH?TL單元級聯個數n取不同值時，對天線仿真得到的S11參數如圖4所示。

為了研究天線的輻射特性，運用HFSS軟件對天線在4.9GHz和8.4GHz兩個頻率點的方向圖進行了仿真。圖5中(a)—(d)分別為上述兩個頻率點出天線在Phi=0°和Phi=90°時的方向圖。