一种低折射率异向介质材料双频双极化微带贴片天线，包括以下步骤：（１）确定微带贴片天线分别在两个极化方向上的工作频率为ｆ１和ｆ２；（２）选取一个尺寸为Ｌ×Ｗ的传统矩形微带贴片天线，并用微带线进行馈电；（３）制作一个由周期性双层金属矩形网格构成的低折射率材料，并设置相关参数；（４）将金属矩形网格型低折射率材料放在距离微带贴片天线ｄ高度处，四周用尼龙螺钉固定支撑在接地面上，一种低折射率异向介质材料双频双极化微带贴片天线制作完成；本发明专利技术利用金属矩形网格型低折射率材料作为微带贴片天线的覆层分别在两个极化方向的不同频段内提高贴片天线的方向性，提高了天线的增益，同时也压缩了贴片天线的半功率波束角。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种微带贴片天线，特别涉及一种双频双极化定向微带贴片天线。
技术介绍
双频双极化定向微带贴片天线作为微带天线的重要组成部分，继承了微带天线的馈电方 式和极化制式的多样化以及馈电网络、有源电路集成一体化等优点而成为当前微带天线的主 角。按照以往双频双极化天线的设计一般需要两个分离的天线子系统，重量和所占空间都比 单一子系统增大了很多。目前常采用的方法为，将两个分离的极化系统集成在同一天线单元 中，利用微带天线组阵的方式来实现高增益定向功能，在两个极化方向上利用微带馈线分别 对各个阵元进行馈电；但是整个天线的系统设计也比较复杂。近年来，异向介质材料的出现开创了一个全新的领域，其独特的电磁特性引起了 许多科学研究者的兴趣，并为这种高性能新型天线的设计带来了曙光。它是具有天然材料 所不具备的超常物理性质的人工复合结构，通常是由两种或者两种以上的自然物质(通常是 金属和介质)按照特定的周期性规则组合而成。异向介质材料的电磁辐射特性与自由电子气 体的等离子振荡有关，在微波波段，材料的等效介电常数与等离子体频率可以用下式表达&( ) = 1-4;其中6^为等离子频率，co为电磁波的频率。当电磁波的频率大于等离子频率 " 必' "时，材料的等效介电常数小于l，并接近于0，这就意味着它的等效折射率是小于1的，于是 单极子辐射出的能量将被束缚在法线附近，呈现聚焦效应，这样利用异向介质材料对电磁 波的低折射率效应制作的天线,可以实现对天线辐射电磁波波束的汇聚，减小天线的 半波瓣宽度,提高天线的方向性。2002年，S.Enoch设计出一种由六层周期性金属网格构 成的近零折射率材料，它的等离子体频率在14.5GHz，然后将一单极子天线插入在该材料中， 可以获得很高的高方向性，其方向性在14.6GHz时高达372。但是加了异向介质后，单极子 天线回波损耗很差，仍然不能满足很多场合的需求。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是克服现有技术的不足；提出一种利用金属矩形网格型低折 射率异向介质材料作为微带贴片天线的覆层分别在两个极化方向的不同频段内提高贴片天线的方向性，同时也压縮了贴片天线的半功率波束角。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是 一种低折射率异向介质材料双频双极化微 带贴片天线，其特征在于包括以下步骤(1)确定微带贴片天线分别在两个极化方向上的工作频率为fl和f2，对应的波长分别(2) 选取一个尺寸为LxW的传统矩形微带贴片天线，L表示微带贴片天线的长，W表 示微带贴片天线的宽，并用微带线进行馈电；(3) 制作一个由周期性双层金属矩形网格构成的低折射率异向介质材料，其基本参数包 括矩形网格在x极化方向上的周期Pl和y极化方向上的周期P2，空气孔的尺寸axxay，以及 两层金属网格之间的距离h;(4) 将金属矩形网格型低折射率材料放在距离微带贴片天线d高度处，四周用尼龙螺钉 固定支撑， 一种低折射率异向介质材料双频双极化微带贴片天线设计完成；(5) 利用现有加工技术对所设计的低折射率异向介质材料双频双极化微带贴片天线进行制作。所述步骤(2)中的矩形微带贴片天线，其长度￡<^/2，满足在x极化方向，工作频率fl处谐振；其宽度『<^/2，满足在y极化方向，工作频率f2处谐振。所述步骤(2)中的矩形微带贴片天线在x和y极化方向上都采用微带线馈电机制。 所述步骤(3)中的低折射率异向介质材料为矩形网格周期结构，其制作方法为首先在 单面覆铜的PCB板材上采用传统光刻工艺在金属层上旋涂光刻胶、烘干固化、曝光、显影、烘千坚膜、湿法腐蚀金属层等步骤制作出单层的周期性的金属网格结构；然后选择两层上述 制作的单层金属网格结构上下对齐并用尼龙螺钉固定。所述步骤(3)中金属矩形网格尺寸如下x极化方向上的周期为Pl—般为A/5 4/2， 空气孔的尺寸ay—般为4/5 4/3， y极化方向上的周期为P2—般为^/5 ~，空气孔的尺寸ax —般为4/5 ~ 4/3以及金属网格层与层之间的距离h小于min(^/2， ^/2)。所述步骤(4)中的金属矩形网格型低折射率覆层材料与微带贴片天线的接地面之间的距 离d小于min(;i！/2, ^/2)。所述步骤(4)中的金属矩形网格型低折射率覆层材料与微带贴片天线的接地面的固定是 在两个物体的四周用尼龙螺钉或其它方式进行定位并固定，使得金属矩形网格型低折射率覆层材料与微带贴片天线的接地面平行。本专利技术与现有技术的相比所具有的优点在于1、 本专利技术通过将金属矩形网格型低折射率异向介质材料作为覆层应用到微带贴片天线 中，可以实现在两个极化方向上的不同的频段内将贴片天线辐射出的电磁波聚焦在传播的法 线附近，从而实现了高方向性，提高了微带贴片天线的增益，并且半功率波束宽度也得到了 减小。2、 传统实现双频双极化定向微带贴片天线通常需要采用阵列天线实现，其中馈电网络的 设计相当复杂，并且也会带来一定的损耗；本专利技术仅采用一个微带贴片天线就实现了高方向 性。附图说明图1为金属矩形网格型低折射率覆层材料示意图； 图2为微带贴片天线示意图3为低折射率异向介质材料双频双极化微带贴片天线侧视图 图中l为金属网格型低折射率材料的单元格，2为微带贴片天线。 具体实施例方式下面结合附图及具体实施方式对本专利技术进行详细说明，但本专利技术的保护范围并不仅限于 下面实施例，应包括权利要求书中的全部内容。而且本领域技术人员从以下的一个实施例即 可实现权利要求中的全部内容。本专利技术实施例的具体过程如下-(1) 选择矩形微带贴片天线在x极化方向上的工作频率为14.2GHz,可以得其波长A为 21.13mm，在y极化方向上的工作频率为15.6GHz，可以得其波长^为19.2mm。(2) 选择传统的矩形微带贴片天线，其长度为1:=5.65111111谐振于14.20112， W=5.1mm 谐振于15.6GHz;微带贴片天线示意图如图2所示；(3) 该微带贴片天线采用微带线对其馈电，微带贴片天线和微带线采用传统光刻工艺刻 蚀在介电常数为2.2，厚度为1.575mm的介质基底(型号Rogers5880)上；(4) 制作一个由周期性双层金属矩形网格构成的低折射率材料；其具体制作过程如下 首先利用传统光刻工艺，在介电常数2.2，厚度为1.575mm的单面覆铜的微波PCB板(型号 Rogers5880)正面金属层上旋涂光刻胶、烘干固化、曝光、显影、烘干坚膜、湿法腐蚀金属层 等步骤，在单面覆铜的微波PCB板上制作出周期个数为11x11的金属矩形网格周期阵列，这里金属网格结构的参数的选取直接决定了所设计材料的等离子频率和等效折射率的取值，由于该材料为各向异性材料，这里主要关心该异向介质材料在x和y极化方向上天线工作频率 处的等效折射率，不断优化金属矩形网格参数使其在fl和f2处远小于l，并接近于0;本实 施例取其参数尺寸如下x极化方向上的周期为Pl=5.7mm，空气孔的尺寸ay=4.6mm， y 极化方向上的周期为P2 = 7.5mm，空气孔的尺寸ax=4.9mm;然后选择两层上述制作的金属 网格结构，并上下对齐周边采用尼龙螺钉固定，金属网格层与层之间的距离h要小于 min(A/2, A/2),这里取h=3mm;所制作的金属矩形网格本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种低折射率异向介质材料双频双极化微带贴片天线，其特征在于包括以下步骤： （１）确定微带贴片天线分别在两个极化方向上的工作频率为ｆ１和ｆ２，对应的波长分别为λ↓［１］和λ↓［２］； （２）选取一个尺寸为Ｌ×Ｗ的传统矩形微带贴片天线，Ｌ表示微带贴片天线的长，Ｗ表示微带贴片天线的宽，并用微带线进行馈电； （３）制作一个由周期性双层金属矩形网格构成的低折射率异向介质材料，其基本参数包括矩形网格在ｘ极化方向上的周期Ｐ１和ｙ极化方向上的周期Ｐ２，空气孔的尺寸ａｘ×ａｙ，以及两层金属网格之间的距离ｈ； （４）将金属矩形网格型低折射率材料放在距离微带贴片天线ｄ高度处，四周用尼龙螺钉固定支撑，一种低折射率异向介质材料双频双极化微带贴片天线设计完成； （５）利用现有加工技术对所设计的低折射率异向介质材料双频双极化微带贴片天线进行制作。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：黄成，崔建华，罗先刚，赵泽宇，
申请(专利权)人：中国科学院光电技术研究所，
类型：发明
国别省市：90[中国|成都]
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