專利名稱：基于復(fù)合左/右手傳輸線的超寬帶微帶天線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及超寬帶微帶天線。具體講，涉及基于復(fù)合左/右手傳輸線的超寬帶微帶天線。
背景技術(shù)：
為了解決頻帶資源的緊張以及應(yīng)對(duì)高速通信的需求，能夠與其他窄帶系統(tǒng)共享頻帶的超寬帶(Ultra Wideband)技術(shù)成為新型無線通信技術(shù)的焦點(diǎn)。隨著2002年，美國聯(lián)邦通信委員會(huì)發(fā)布超寬帶通信系統(tǒng)的初步規(guī)范，將3. 1-10. 6GHz頻段分配給超寬帶通信使用，超寬帶技術(shù)開始廣泛應(yīng)用于民用領(lǐng)域。UWB系統(tǒng)以其傳輸速率快、共享頻譜資源、抗干擾能力強(qiáng)、保密性好、成本低、功耗小等特點(diǎn)正式走向商業(yè)化。在超寬帶系統(tǒng)中，小型化、成本低、易于集成的UWB天線備受矚目。學(xué)者們?cè)O(shè)計(jì)了多種超寬帶天線以滿足超寬帶通信的需求。復(fù)合左/右手傳輸線(CompositeRight/Left-Handed Transmission Line)是一種兼具左手材料和右手材料性質(zhì)的超電磁介質(zhì)，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(diǎn)，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，提供滿足超寬帶通信系統(tǒng)的超寬帶微帶天線，為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是，包括接地板，F(xiàn)R4環(huán)氧介質(zhì)基板，饋電網(wǎng)絡(luò)和輻射貼片，饋電網(wǎng)絡(luò)由復(fù)合左/右手傳輸線單元構(gòu)成，復(fù)合左/右手傳輸線單元是以蛇行線形狀蝕掉方形FR4環(huán)氧板表面金屬層形成，蛇行線轉(zhuǎn)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(zhuǎn)折形成第2個(gè)長邊，然后再向上形成短邊，再180度轉(zhuǎn)折形成第3個(gè)長邊，依次類推經(jīng)n次180度轉(zhuǎn)折，蛇行線長邊與方形FR4環(huán)氧板長邊平行；由左至右依次串接4個(gè)復(fù)合左/右手傳輸線單元形成饋電網(wǎng)絡(luò)，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(wǎng)絡(luò)依次串接的最后一個(gè)復(fù)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(wǎng)絡(luò)和輻射貼片設(shè)置在FR4環(huán)氧介質(zhì)基板一面上，F(xiàn)R4環(huán)氧介質(zhì)基板另一面為接地板。復(fù)合左/右手傳輸線單元長度為4. I毫米，寬度為2. 2毫米，蛇行線部分由左至右長為3. 3暈米；方型福射面基板的長、寬各為4. 4暈米、3. 2暈米；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(zhuǎn)角均為90度，蛇行線布置的傳輸線長邊方向?qū)挾扰c輻射面基板的短邊等長，蛇行線布置的傳輸線最終的一個(gè)短邊連接到方型輻射面基板短邊中間位置。本發(fā)明的技術(shù)特點(diǎn)及效果本發(fā)明采用復(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(jì)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(jié)果表明本發(fā)明的天線在3. 1-10. 6GHz頻段內(nèi)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(tǒng)對(duì)天線設(shè)計(jì)的要求。


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復(fù)合左右手傳輸線單元幾何圖。圖3基于復(fù)合左右手傳輸線的超寬帶貼片天線三維結(jié)構(gòu)圖。、
圖4CRLH TL單元級(jí)聯(lián)個(gè)數(shù)不同時(shí)天線的Sll圖。圖中(a) f = 4. 9GHz, Phi=O0 (b) f = 4. 9GHz, Phi=90°(c)f = 8. 4GHz, Phi=O0 (d) f = 8. 4GHz,Phi=90°圖5不同工作頻率時(shí)天線的方向圖。
具體實(shí)施例方式天線包括接地板，介質(zhì)基地FR4 (環(huán)氧板)，饋電網(wǎng)絡(luò)和輻射貼片。采用典型的一維微帶線實(shí)現(xiàn)的復(fù)合左/右手傳輸線來構(gòu)造天線，如圖I所示。天線采用邊饋，輸入阻抗為50Q，在饋電點(diǎn)和輻射貼片間加載匹配電路，以實(shí)現(xiàn)阻抗匹配。通過使用高頻仿真軟件HFSS (High Frequency Structure Simulator)建立優(yōu)化工程發(fā)現(xiàn)，復(fù)合左/右手傳輸線(CRLH TL)單元級(jí)聯(lián)個(gè)數(shù)為影響天線工作帶寬的重要參數(shù)。當(dāng)CRLH TL單元級(jí)聯(lián)個(gè)數(shù)n取不同值時(shí)，對(duì)天線仿真得到的Sll參數(shù)如圖4所示。為了研究天線的輻射特性，運(yùn)用HFSS軟件對(duì)天線在4. 9GHz和8. 4GHz兩個(gè)頻率點(diǎn)的方向圖進(jìn)行了仿真。圖5中(a) —(d)分別為上述兩個(gè)頻率點(diǎn)出天線在Phi=0°和Phi=90°時(shí)的方向圖。當(dāng)n=2 時(shí)，天線帶寬為 4. 5_8GHz,不能完全覆蓋 FCC(Federal CommunicationsCommission)分配給超寬帶業(yè)務(wù)的頻段；當(dāng)n=3時(shí)，工作頻段展寬到3. 5-7. 5GHz，并在6. 7-7. 2GHz頻段內(nèi)出現(xiàn)阻帶，不能滿足超寬帶系統(tǒng)的要求；當(dāng)n=4時(shí)，天線在3. 0-10. 8GHz頻段內(nèi)，回波損耗小于-10dB，完全覆蓋了超寬帶系統(tǒng)要求的3. 1-10. 6GHz頻段；當(dāng)n=5時(shí)，帶寬急劇變窄，同時(shí)出現(xiàn)帶外諧波。因此，取n=4，即四個(gè)復(fù)合左/右手傳輸線單元級(jí)聯(lián)。天線在4. 9GHz和8. 4GHz兩個(gè)頻率的回波損耗最小，分別為-21. 09dB和-16. 41dB,均遠(yuǎn)小于-10dB，阻抗匹配程度良好。由圖5可知，當(dāng)工作頻率在4. 9GHz附近時(shí)，天線的輻射方向圖呈倒8字形；當(dāng)工作頻率在8. 4GHz附近時(shí)，天線具有全向輻射的特性。本文采用復(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(jì)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(jié)果表明此天線在在
3.1-10. 6GHz頻段內(nèi)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(tǒng)對(duì)天線設(shè)計(jì)的要求。取四個(gè)復(fù)合左右手傳輸線級(jí)聯(lián)，末端接矩形貼片作為輻射單元。天線大小為18. 915111111*10111111*0. 508mm。本文設(shè)計(jì)天線基底相對(duì)介電常數(shù)為3. 2，tan 8 =0. 0029，厚度為0. 508mm，三維結(jié)構(gòu)圖如圖3所示，幾何尺寸圖如圖2所示， 單位mm。饋電方式為邊饋，輸入阻抗50 。
權(quán)利要求
1.一種基于復(fù)合左/右手傳輸線的超寬帶微帶天線，包括接地板，F(xiàn)R4環(huán)氧介質(zhì)基板，饋電網(wǎng)絡(luò)和輻射貼片，其特征是，饋電網(wǎng)絡(luò)由復(fù)合左/右手傳輸線單元構(gòu)成，復(fù)合左/右手傳輸線單元是以蛇行線形狀蝕掉方形FR4環(huán)氧板表面金屬層形成，蛇行線轉(zhuǎn)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(zhuǎn)折形成第2個(gè)長邊，然后再向上形成短邊，再180度轉(zhuǎn)折形成第3個(gè)長邊，依次類推經(jīng)η次180度轉(zhuǎn)折，蛇行線長邊與方形FR4環(huán)氧板長邊平行；由左至右依次串接4個(gè)復(fù)合左/右手傳輸線單元形成饋電網(wǎng)絡(luò)，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(wǎng)絡(luò)依次串接的最后一個(gè)復(fù)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(wǎng)絡(luò)和輻射貼片設(shè)置在FR4環(huán)氧介質(zhì)基板一面上，F(xiàn)R4環(huán)氧介質(zhì)基板另一面為接地板。
2.如權(quán)利要求I所述的基于復(fù)合左/右手傳輸線的超寬帶微帶天線，其特征是，復(fù)合左/右手傳輸線單元長度為4. I毫米，寬度為2. 2毫米，蛇行線部分由左至右長為3. 3毫米；方型福射面基板的長、寬各為4. 4暈米、3. 2暈米；蛇行線布置的傳輸線長邊與方型福射面基板的短邊平行，其長邊到短邊轉(zhuǎn)角均為90度，蛇行線布置的傳輸線長邊方向?qū)挾扰c輻射面基板的短邊等長，蛇行線布置的傳輸線最終的一個(gè)短邊連接到方型輻射面基板短邊中間位置。
全文摘要
本發(fā)明涉及超寬帶微帶天線。為提供滿足超寬帶通信系統(tǒng)的超寬帶微帶天線，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是，基于復(fù)合左/右手傳輸線的超寬帶微帶天線，包括接地板，F(xiàn)R4環(huán)氧介質(zhì)基板，饋電網(wǎng)絡(luò)和輻射貼片，饋電網(wǎng)絡(luò)由復(fù)合左/右手傳輸線單元構(gòu)成，復(fù)合左/右手傳輸線單元是以蛇行線形狀蝕掉方形FR4環(huán)氧板表面金屬層形成；由左至右依次串接4個(gè)復(fù)合左/右手傳輸線單元形成饋電網(wǎng)絡(luò)，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；饋電網(wǎng)絡(luò)和輻射貼片設(shè)置在FR4環(huán)氧介質(zhì)基板一面上，F(xiàn)R4環(huán)氧介質(zhì)基板另一面為接地板。本發(fā)明主要應(yīng)用于圖像傳感器的設(shè)計(jì)制造。
文檔編號(hào)H01Q13/08GK102738571SQ20121014715
公開日2012年10月17日 申請(qǐng)日期2012年5月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月11日
發(fā)明者劉青爽, 金杰 申請(qǐng)人:天津大學(xué)