一种加载类蝶形左手材料单元的SIW天线阵列论文和设计-申东娅

全文摘要

本实用新型公开了一种加载类蝶形左手材料单元的SIW天线阵列，涉及无线通信领域。一种加载类蝶形左手材料单元的SIW天线阵列的天线单元包括：顶层介质板（1）、中间层介质板（2）和底层介质板（3），三层介质板粘接而成；顶层介质板（1）上有金属贴片（4），中间层（2）有U型金属贴片（5）、底层介质板（3）有沿着边缘嵌入介质基片的一圈周期性金属过孔（6）；两个天线单元线性排列共用一排金属过孔；在两个天线单元间竖起了一道隔离墙（7），隔离墙（7）上以2×3阵列排列左手材料单元（8，8’）。本实用新型一种加载类蝶形左手材料单元的SIW天线阵列显著低降低了天线单元间的耦合度。

主设计要求

1.一种加载类蝶形左手材料单元的SIW天线阵列，其特征在于：包括天线单元；所述天线单元包括：顶层介质板(1)、中间层介质板(2)和底层介质板(3)三层介质板，三层介质板粘接而成；顶层介质板(1)上有开有缝隙的金属贴片(4)，中间层介质板(2)有U型金属贴片(5)、底层介质板(3)有金属地和沿着边缘嵌入介质基片的一圈周期性金属过孔(6)；天线单元线性排列的方式进行排列，两个天线单元共用一排金属过孔；在两个天线单元间竖起了一道隔离墙(7)，并将类蝶形左手材料单元(8)或变形的类蝶形左手材料单元(8’)以2×3阵列排列方式放置于隔离墙的两侧。

设计方案

2.根据权利要求1所述一种加载类蝶形左手材料单元的SIW天线阵列，其特征在于：两个天线单元间的隔离墙(7)上加载的类蝶形左手材料单元(8)包括介质板(14)及印刷在介质板(14)上的类蝶形贴片(15)；类蝶形贴片(15)由类蝶形两翼的贴片(11、11’)、中间的镂空菱形贴片(12)和两翼贴片(11、11’)中间的两个镂空梯形贴片(13、13’)构成；类蝶形两翼的贴片(11、11’)沿中间的菱形贴片(12)对称设置，并朝外侧开口(16、16’)；镂空菱形贴片(12)各边长长度相等；两翼贴片(11、11’)中间的两个镂空梯形贴片(13、13’)沿中间的菱形贴片(12)对称设置，向内侧开口(17、17’)，开口方向与两翼贴片的开口方向相反，开口尺寸相同；将中间镂空的正六边形菱形贴片(12)填满，其余的不变就得到变形的类蝶形左手材料单元(8’)。

3.根据权利要求1所述一种加载类蝶形左手材料单元的SIW天线阵列，其特征在于：所述天线单元采用同轴馈电馈于顶层的金属贴片(4)，有三个部分辐射，分别为上层的金属贴片(4)、中间层的U型金属贴片(5)以及上层金属贴片周围的缝隙。

4.根据权利要求1所述一种加载类蝶形左手材料单元的SIW天线阵列，其特征在于：通过加载类蝶形左手材料或变形的类蝶形左手材料来作为天线单元间的隔离墙，使得天线间的隔离度显著提高，加载变形的类蝶形左手材料比加载类蝶形左手材料，隔离度更高。

5.根据权利要求1所述一种加载类蝶形左手材料单元的SIW天线阵列，其特征在于：所述的顶层介质板(1)采用介电常数为2.94，Rogers RT\/Duroid6002介质材料，尺寸为26.278mm*22.778*1.524mm；中间层介质板(2)采用介电常数为2.94、损耗角正切为0.0012的Rogers RT\/Duroid 6002介质材料，尺寸为26.278mm*22.778*0.762mm；底层介质板(3)采用介电常数为2.94、损耗角正切为0.0012的Rogers RT\/Duroid6002介质材料，尺寸为26.278*23.778*0.762mm；两个天线单元间采用厚度为0.8mm的FR4介质板作为左手材料加载的墙体，所加载的左手材料单元尺寸为5×5mm ^2<\/sup>。

设计说明书

技术领域

本发明一种加载类蝶形左手材料单元的SIW天线阵列属于无线通信领域，涉及一种加载类蝶形左手材料单元的SIW天线阵列。

背景技术

左手材料是一种最为经典的超材料，被定义为在某些频段内同时具有负介电常数和负磁导率。由周期性尺寸远远小于工作波长的人工单元结构组成，这类材料可呈现天然材料所不具备的超常物理性能。

随着信息技术的飞速发展，无线通信技术因其不受地理环境的约束可以随时随地进行信息传输与交换，被广泛应用于人们生活和社会发展的方方面面，同时无线通信方式的多样化极大的便利了人们的生活和工作。在随处可见的无线通信系统中，信息往往是通过无线电磁波进行传输，而天线做为无线通信系统中的重要构成部分，其好坏直观地影响到无线通信的效率和质量。而伴随着当今各类通信系统的飞速成长，业界对天线的多项性能和指标同时达成的渴望也愈加浓烈，良好的性能参数需要在天线的设计中开发更加新颖特异的结构，并且需要更具高品质的板材来支持天线设计，显而易见，天线的成本在无形中大幅度的提升了。但是，超材料的出现使得这一问题找到了可行的办法，通过设计超材料的加载，可以使制作天线的成本得以控制的同时提升天线的多项性能参数，因此，将超材料和天线有效的结合，以此来提高天线性能参数的研究存在着深远的价值和意义。

近年来，众多学者将超材料应用于天线设计，取得了很多实质性的进展。超材料作为一种全新的人工电磁材料，由于其具有负的折射率、负的群速度、逆多普勒效应等一系列奇特的物理性质，将其应用于传统的天线设计中，可显著的改善天线的工作性能，如提高增益、增加带宽、小型化、实现多频段以及降低天线间的耦合等等。值得注意的是，基于超材料的新型天线不仅能改善其某一个指标，同时还能提髙多个指标。

本发明一种加载类蝶形左手材料单元的SIW天线阵列，通过加载类蝶形左手材料或变形的类蝶形左手材料来作为天线单元间的隔离墙，使得天线间的隔离度显著提高，加载变形的类蝶形左手材料比加载类蝶形左手材料，隔离度更高。

本发明内容，经文献检索，未见与本发明相同的公开报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种加载类蝶形左手材料单元的SIW天线阵列。本发明一种加载类蝶形左手材料单元的SIW天线阵列的天线单元包括：顶层介质板（1）、中间层介质板（2）和底层介质板（3）三层介质板，三层介质板粘接而成；顶层介质板（1）上有开有缝隙的金属贴片（4），中间层（2）有U 型金属贴片（5）、底层介质板（3）有金属地和沿着边缘嵌入介质基片的一圈周期性金属过孔（6）；天线单元线性排列的方式进行排列，为了减少天线的尺寸，两个天线单元共用一排金属过孔；在两个天线单元间竖起了一道隔离墙（7），并将类蝶形左手材料单元（8）或变形的类蝶形左手材料单元（8’）以 2×3 阵列排列方式放置于隔离墙的两侧。

所述一种加载类蝶形左手材料单元的SIW天线阵列中的类蝶形左手材料单元（8）包括介质板（14）及印刷在介质板（14）上的类蝶形贴片（15）；类蝶形贴片（15）由类蝶形两翼的贴片(11、11’)、中间的镂空菱形贴片（12）和两翼贴片(11、11’)中间的两个镂空梯形贴片（13、13’）构成；类蝶形两翼的贴片(11、11’)沿中间的菱形贴片（12）对称设置，并朝外侧开口（16、16’）; 镂空菱形贴片（12）各边长长度相等;两翼贴片(11、11’)中间的两个镂空梯形贴片（13、13’）沿中间的菱形贴片（12）对称设置，向内侧开口（17、17’），开口方向与两翼贴片的开口方向相反，开口尺寸相同。将中间镂空的正六边形菱形贴片（12）填满了，其余的不变就得到变形的类蝶形左手材料单元（8’）。

所述一种加载类蝶形左手材料单元的SIW天线阵列的天线单元采用同轴馈电馈于顶层金属片（4），有三个部分辐射，分别为上层金属贴片（4）、中间层金属贴片（5）以及上层金属贴片周围的缝隙；由于增加了中间层金属贴片（5），使得带宽明显增宽，克服了 SIW 带宽窄的缺陷。

所述一种加载类蝶形左手材料单元的SIW天线阵列，通过加载类蝶形左手材料或变形的类蝶形左手材料来作为天线单元间的隔离墙，使得天线间的隔离度显著提高，加载变形的类蝶形左手材料比加载类蝶形左手材料，隔离度更高。

本发明具有尺寸小，结构简单，易加工，高增益，低损耗等优点。

附图说明

图1 SIW天线阵列结构示意图

图2 SIW天线单元结构示意图

图3 类蝶形和类蝶形变形左手材料单元结构图

图4 SIW天线阵列加载与未加载左手材料单元的S11对比图

图5 SIW天线阵列加载与未加载左手材料单元的S21对比图

图6 SIW天线阵列加载与未加载左手材料单元的方向图对比图

图7 SIW天线阵列加载与未加载左手材料单元辐射效率对比图。

设计图

一种加载类蝶形左手材料单元的SIW天线阵列论文和设计

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