[发明专利]一种同时具有近零折射率效应和左手效应的矩形框分形天线

说明书

技术领域

本发明属于通信技术领域，具体涉及一种基于矩形开口环左手材料的矩形框分形天线。

背景技术

近来，作为人工电磁超材料的另一分支，对于零折射率超材料的研究引起了广泛关注，很多团队已经通过实验证实了零折射材料及近零折射材料的存在。ENOCH等人第一次实验证实了将辐射源嵌入零折射率基板中时，辐射的能量将被限制在一个周围介质狭小的圆锥区域内，即通过利用零折射率材料的特性，能量辐射的方向性得到了很大的改善。

分形的概念是由名为Mandelbrot的一个法国数学家于1983年在《自然界中的分形几何》一书中首次提出的。分形几何就是研究无限复杂而具有特定意义下的自相似图形和结构的几何学，自相似就是局部的形态与整体形态的相似。所谓分形天线，是指在几何属性上具有分形几何特征的天线。它是通过将天线设计理沦和分形几何学相结合而设计出的新型天线。分形几何的自填充特性使得天线单元可以比较容易的实现小型化，另一方面，由于分形几何所具有的自相似特性，天线可以获得多频带的特性。

左手材料(LHM)是一种新型周期结构的人工电磁媒质，其介电常数和磁导率同时为负，因此，当电磁波在这种双负介质材料中传播时，波传播的电矢量、磁矢量和波矢量三者满足左手定则，所以被称为左手材料(或称负折射材料)。它作为一种新型的人工电磁材料，引起了人们极大的研究兴趣。早在1968年，V.G.Veselageo就从理论上研究了LHM中的反常电磁现象；2000年，Smith等人首次发现用特殊微结构周期排列的复合介质可以在微波波段同时得到负的介电常量和负的磁导率，从而从实验上验证了这种材料可以通过人工方法制得。LHM的反常电磁特使它在光与电磁波领域存在的重要应用价值。

本发明通过对一种基于矩形开口环左手材料的矩形框分形天线体系的研究，得到对应的性能参数，运用Nicolson-Ross-Weir(NRW)方法算出这种基于矩形框左手材料分形天线的等效折射率。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种同时具有近零折射率效应和左手效应的左手材料矩形框分形天线，即在某一频率范围内，具有左手效应，加强了电磁波共振强度，提高了电磁能量的局域化程度，从而降低天线的回波损耗，增大了增益；同时在另一频率范围内，具有折射率近零效应，进一步提高天线的定向增益。

为解决上述技术问题，本发明的一种基于矩形开口环左手材料的矩形框分形天线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、金属接地板4、微带馈线5、矩形框分形金属辐射贴片6、矩形金属谐振环7。第一层介质基板1、第二层介质基板2、第三层介质基板3、金属接地板4依次叠加，矩形框左手材料分形天线由矩形框分形金属辐射贴片6和微带馈线5组成，微带馈线5通过金属导线与激励源相连，用于对基于矩形开口环左手材料的矩形框分形天线馈电。第一层介质基板1、第二层介质基板2和第三层介质基板3的正面都采用电路板刻蚀技术。第一层介质基板1的正面采用电路板刻蚀技术刻蚀出矩形框分形贴片天线和周期性排列的矩形金属谐振环7；第二层介质基板2和第三层介质基板3的正面都采用电路板刻蚀技术刻蚀出周期性排列的矩形金属谐振环7，第三层介质基板3的反面贴有金属接地板4，其通过金属导线与激励源相连。

所述的第三层介质基板3正面周期性排列的矩形金属谐振环7共36个，以6×6的结构均匀排布，所述的第二层介质基板2与第三层介质基板3相比，其正面除缺少正中的四个矩形金属谐振环7外其他排布与第三层介质基板3相同，共排布了32个矩形金属谐振环7，所述的第一层介质基板1正面的矩形金属谐振环7的排布与第二层介质基板2正面的矩形金属谐振环7的排布相同，正中采用电路板刻蚀技术刻蚀出矩形框分形贴片天线。