[实用新型]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

说明书

技术领域

本实用新型属于通信技术领域，具体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。

背景技术

E.Yablonovitch和S.John于1987年提出光子晶体的概念，光子晶体是指折射率在空间呈周期性分布的结构，电磁波在该晶体内部传输的特性类似于电子在半导体晶体中的运动特性，故又称为光子晶体或电磁晶体，当电磁波入射电磁(光子)晶体时，在某一频率范围可以禁止电磁波传播,该频率范围称为频率禁带，简称为禁带。1989年Yablonovitch与Gmitte率先制作了由九层苯乙烯板构成的具有8000个“原子”的光子晶体，并在6.5GHz的微波频段上观察到了一个超过2GHz的禁带，这一特性使得电磁(光子)晶体已应用到微波电路、天线等许多方面，光子晶体结构被应用于多种新型天线称为光子晶体天线，由于其体积小、重量轻、低剖面、成本低、易加工、有效展宽天线的带宽、改善天线的方向性和大幅度提高天线的辐射效率等优点使得它在移动通信、卫星通信以及航空航天等众多领域发挥它的作用。

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。

本实用新型通过对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)方法算出这种基于光子晶体结构的多层复合左手材料矩形框贴片天线等效折射率。研究结构表明，这种基于光子晶体结构的多层复合左手媒质矩形框贴片天线在某一频率附近，电磁能量的局域化程度有了明显的提高，对比普通的贴片天线，增益明显增大，并表现为较低的回波损耗。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种基于光子晶体结构的多层复合贴片天线，在某频率范围内，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。

为解决上述技术问题，本实用新型的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，在第一层介质基板1的正面还设有周期性排列的螺旋金属线8、细金属条9和弯金属条10，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。

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正面都采用电路板刻蚀技术，在第一层介质基板1上刻蚀出矩形框金属辐射片5、微带馈线6、螺旋金属线8、细金属条9和弯金属条10，6×6个螺旋金属线8周期排列在矩形框金属辐射片5内，6×6个螺旋金属线8间排列6根细金属条9，2根弯金属条10固定在层介质基板1边缘。第二层介质基板2与第四层介质基板4正面刻蚀出细金属条9和金属谐振环11，6根细金属条9嵌在6×6周期性排列的金属谐振环11间。第三层介质基板3正面刻蚀的螺旋金属线8、细金属条9，其排布和第一层介质基板1的螺旋金属线8、细金属条9的排布相同。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。