一种基于光子晶体结构的多层复合左手材料矩形框贴片天线

摘要

本发明涉及一种基于光子晶体结构的多层复合左手材料矩形框贴片天线，该复合贴片天线包括四层介质基板、金属接地板、矩形框金属辐射片、微带馈线、螺旋金属线、金属谐振环和金属条。该复合结构的介质基板有四层，第一、三层相对介电常数为10，二、四层为2.0。激励源采用Gaussian离散源，通过微带馈线给贴片天线馈电。本发明在某一频率附近，这种基于光子晶体结构的多层复合左手材料矩形框贴片天线对电磁能量的局域化程度有了明显的提高，导致天线增益明显增大，并表现为较低的回波损耗，较好地改善了天线的性能，可广泛应用于移动通信、卫星通信以及航空航天等领域。

主权项

一种基于光子晶体结构的多层复合左手材料矩形框贴片天线，其特征在于：包括第一层介质基板(1)、第二层介质基板(2) 、第三层介质基板(3) 、第四层介质基板(4)、复合贴片天线(7)、螺旋金属线(8)、细金属条(9)、弯金属条(10)、金属谐振环(11)、金属接地板(12)，第一层介质基板(1)、第二层介质基板(2) 、第三层介质基板(3) 、第四层介质基板(4) 、金属接地板(12)由上而下依次叠加，复合贴片天线(7)由矩形框金属辐射片(5)和微带馈线(6)组成，微带馈线(6)通过金属导线与激励源相连，用于对矩形框金属辐射片(5)馈电，复合贴片天线(7)固定在第一层介质基板(1)的正面，第一层介质基板(1)的正面还设有细金属条(9)、弯金属条（10）以及周期性排列的螺旋金属线(8)， 第二层介质基板(2)与第四层介质基板(4)结构相同，正面都贴有周期性排列的细金属条(9)和金属谐振环（11），第三层介质基板（3）正面固定有周期性排列的螺旋金属线(8)和细金属条(9)，其排布与第一层介质基板（1）的螺旋金属线(8)和细金属条(9)的排布相同，第四层介质基板(4)的反面贴有金属接地板(12)，金属接地板（12）通过金属导线与激励源相连；其中在第一层介质基板(1)、第二层介质基板(2) 、第三层介质基板(3) 、第四层介质基板(4)正面，矩形框金属辐射片(5)、微带馈线（6）、螺旋金属线(8)、细金属条（9）、弯金属条（10）、金属谐振环（11）采用电路板刻蚀技术刻蚀出，第四层介质基板(4)反面贴有金属接地板(12)，上面挖有4个空气孔，微带馈线（6）一端通过金属导线与激励源相连，另一端与矩形框金属辐射片（5）相连，用于作为矩形框金属辐射片（3）的电波信号馈入源；第一层介质基板(1)、第二层介质基板(2) 、第三层介质基板(3) 、第四层介质基板(4)叠加后的尺寸为360mm×360mm×10mm，第一层介质基板(1)、第二层介质基板(2) 、第三层介质基板(3) 、第四层介质基板(4)，长均为360mm，宽均为360mm，第一层介质基板(1)和第三层介质基板(3)的尺寸相同，相对介电常数均为10，厚度均为D₁=3mm，第二层介质基板(2)和第四层介质基板(4) 的相对介电常数均为2.0，厚度均为2mm，第一层介质基板（1）正面固定有线宽D₂=4mm的矩形框金属辐射片（5），矩形框金属辐射片（5）的矩形框的外边长L₂=304mm，内边长L₃=296mm，外框距第一层介质基板（1）边缘D₉=28mm，在矩形框金属辐射片（5）内嵌入6×6周期性排列的螺旋金属线(8)，线宽D₁₁=1.9mm，相邻线间隔D₁₂=1.9mm，最小内径R₁=1.9mm，最大外径R₂=19mm，第二外径R₃=17.1mm，相邻螺旋金属线中心间距D₇=D₈=44.8mm，所述的第一层介质基板（1）上除了中间两列，其它相邻两列螺旋金属线（8）间各嵌入一根细金属条（9），边缘两列螺旋金属线（8）与矩形框金属辐射片（5）之间各嵌入一根细金属条（9），细金属条（9）长H₄=260mm ，宽L₄=5mm，2根弯金属条（10）固定在第一层介质基板(1)边缘，弯金属条（10）的线宽D₁₀=20mm，两根弯金属条（10）的的相对端间距L₆=20mm，第二层介质基板(2) 与第四层介质基板(4)结构相同，正面贴有 6×6周期性排列的金属谐振环（11），金属谐振环（11）由内部金属谐振环和外部金属谐振环嵌套组成，位于外部的金属谐振环的边长L₇=32mm，位于内部的金属谐振环的边长L₈=22mm，环的线宽D₁₉=3mm，内部环与外部环之间的线间距D₂₀=2mm，环开口D₂₁=D₂₂=6mm，相邻金属谐振环（11）中心间距D₁₇=D₁₈=44.8mm，所述的第二层介质基板（2）及第四层介质基板（4）上，除了中间两列，其它相邻两列金属谐振环（11）间各嵌入一根尺寸为260mm×5mm的细金属条（9），边缘两列金属谐振环（11）外侧各嵌入一根尺寸为260mm×5mm的细金属条（9）；第三层介质基板(3)正面贴有螺旋金属线(8)、细金属条（9），其排布及尺寸和第一层介质基板(1)的螺旋金属线(8)、细金属条（9）的相同，第四层介质基板(4)反面贴有360mm×360mm金属接地板(12)，上面挖有4个空气孔，空气孔尺寸为：长L₉=300mm，宽H₉=40mm，相邻孔间距D₂₇=50mm，微带馈线（6）的长为28mm，宽为L₅=4.7mm，激励源通过金属导线一端与微带馈线（6）相连，一端与金属接地板（12）相连，激励源采用Gaussian离散源，通过微带馈线（6）给矩形框金属辐射片（5）馈电。