高增益超材料天线制造技术

本实用新型专利技术涉及一种高增益超材料天线，其包括介质基板、金属结构、馈线及参考地，所述金属结构、馈线及参考地均置于所述介质基板上，所述馈线与所述金属结构相互耦合，所述参考地包括位于所述介质基板相对两表面的第一参考地单元及第二参考地单元，所述第一参考地单元使所述馈线的一端形成微带线。本实用新型专利技术高增益超材料天线通过精密地控制金属结构的拓扑形态及合理布局所述微带线，便得到需要的等效介电常数和磁导率分布，使天线能够在工作频段内实现较好地阻抗匹配，高效率地完成能量转换，并得到理想的辐射场型，其占用体积小，对环境要求低，增益高，应用范围广，可作为各种电子产品的内置天线。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及天线
，尤其涉及一种高增益超材料天线。
技术介绍
随着半导体エ艺的迅猛发展，对当今的电子系统集成度提出了越来越高的要求，器件的小型化成为了整个产业非常关注的技术问题。作为电子系统重要组成部分的射频模块面临着器件小型化的高难度技术挑战，现有的射频模块通常包括了混频、功放、滤波、射 频信号传输、匹配网络与天线等主要器件。其中，天线作为最終射频信号的辐射单元和接收器件，其工作特性将直接影响整个电子系统的工作性能。然而，现有的PIFA天线的辐射工作频率直接和天线的尺寸正相关，带宽和天线的面积正相关，使得天线的设计通常需要半波长的物理长度，因而体积较大，若减小体积，则无法实现所需要的増益。在ー些更为复杂的电子系统中，天线需要多模工作，就需要在馈入天线前增加额外的阻抗匹配网络。阻抗匹配网络额外増大了射频系统的面积，同时匹配网络还引入了不少的能量损耗，很难满足低功耗的系统设计要求。现有的PCB天线通常用于作内置天线，对环境要求高，需要预留一定面积净空区，对设备小型化有影响。设备上的金属配件需远离所述PCB天线，否则会对PCB天线产生较大影响。此外，其针对不同产品需要重新调试，研发周期长，且大量生产时质量稳定度有较大影响。现有的基于复合左右手传输线技术的超材料天线是基于传输线理论来设计的(如，美国的Rayspan公司的超材料天线)，现有的所述超材料利用在普通右手传输线上加载ー些实现左手所需要的串联电容和并联电感，即构成了复合传输线的超材料，利用复合左右手技术的超材料天线必须依赖于主板的尺寸，需要定制化的设计，使其应用范围存在很大的局限性。
技术实现思路
本技术所要解决的技术问题在于，针对上述现有技术的不足，提出一种高增益超材料天线，其占用体积小，对环境要求低，应用范围广，増益高，能够在工作频段内实现较好地阻抗匹配，高效率地完成能量转换，并得到理想的辐射场型。本技术解决其技术问题所采用的技术方案是，提出一种高增益超材料天线，其包括介质基板、金属结构、馈线及參考地，所述金属结构、馈线及參考地均置于所述介质基板上，所述馈线与所述金属结构相互耦合，所述參考地包括位于所述介质基板相对两表面的第一參考地単元及第ニ參考地単元，所述第一參考地単元使所述馈线的一端形成微带线。进ー步地，所述第一參考地単元及第ニ參考地単元相互电连接。进ー步地，所述介质基板设置有若干金属化通孔，所述第一參考地単元与所述第ニ參考地単元通过所述金属化通孔实现电连接。进ー步地，所述第一參考地单元设置有相互电连接的第一金属面単元及第ニ金属面単元，所述第一金属面単元与所述馈线的一端位置相对，使所述馈线的一端形成所述微带线；所述第二參考地单元设置有第三金属面単元，所述第三金属面単元与所述第二金属面单元位置相对。进ー步地，所述介质基板位于所述第二金属面単元及所述第三金属面単元处开设有若干金属化通孔，所述第二金属面単元与所述第三金属面単元通过所述金属化通孔电连接。进ー步地，所述第三金属面単元位于所述金属结构的一端，所述第三金属面単元呈长方面板状，并与所述馈线的延伸方向相同。进ー步地，所述第二參考地単元还设置有第四金属面単元，所述第四金属面単元 位于所述馈线一端的ー侧，并位于所述馈线的延伸方向上。进ー步地，所述介质基板位于所述第一金属面単元及所述第四金属面単元处开设有若干金属化通孔，所述第一金属面単元与所述第四金属面単元通过所述金属化通孔电连接。进ー步地，所述金属结构为互补式开ロ谐振环结构、互补式螺旋线结构、开ロ螺旋环结构、双开ロ螺旋环结构、互补式弯折线结构、互补式开ロ谐振环结构的衍生结构、互补式开ロ谐振环结构的复合后结构、互补式开ロ谐振环结构组阵后的结构中的任ー种。进ー步地，所述金属结构设置有框体及位于所述框体内的两螺旋线，所述两螺旋线相互连接形成开ロ螺旋环，所述开ロ螺旋环与所述框体连接，所述螺旋线的自由端呈面板状。综上所述，本技术高増益超材料天线通过精密地控制金属结构的拓扑形态及布局所述微带线，得到需要的等效介电常数和磁导率分布，使天线能够在工作频段内实现较好地阻抗匹配，高效率地完成能量转换，并得到理想的辐射场型，占用体积小，对环境要求低，应用范围广，増益高。附图说明图I是本技术高増益超材料天线的主视图；图2是本技术高増益超材料天线的后视图；图3是图I所示本技术的S參数的仿真图；图4a为互补式开ロ谐振环结构的示意图；图4b所示为互补式螺旋线结构的示意图；图4c所示为开ロ螺旋环结构的示意图；图4d所示为双开ロ螺旋环结构的示意图；图4e所示为互补式弯折线结构的示意图；图5a为图4a所示的互补式开ロ谐振环结构其几何形状衍生示意图；图5b为图4a所示的互补式开ロ谐振环结构其扩展衍生示意图；图6a为三个图4a所示的互补式开ロ谐振环结构的复合后的结构示意图；图6b为两个图4a所示的互补式开ロ谐振环结构与图4b所示为互补式螺旋线结构的复合示意图；图7为四个图4a所示的互补式开ロ谐振环结构组阵后的结构示意图。具体实施方式以下结合附图及具体实施例对本技术高増益超材料天线做进一歩的描述超材料天线基于人工电磁材料技术设计而成，人工电磁材料是指将金属片镂刻成特定形状的拓扑金属结构，并将所述特定形状的拓扑金属结构设置于一定介电常数和磁导率基材上而加工制造的等效特种电磁材料，其性能參数主要取决于其亚波长的特定形状的拓扑金属结构。在谐振频段，人工电磁材料通常体现出高度的色散特性，換言之，天线的阻抗、容感性、等效的介电常数和磁导率随着频率会发生剧烈的变化。因而可采用人工电磁材料技术对上述天线的基本特性进行改造，使得金属结构与其依附的介质基板等效地组成了 ー个高度色散的特种电磁材料，从而实现辐射特性丰富的新型天线。请參阅图I及图2，本技术高増益超材料天线包括介质基板I、金属结构2、馈线3及參考地，所述介质基板I呈长方板状，其可由高分子聚合物、陶瓷、铁电材料、铁氧材料或铁磁材料等材质制成。在本实施例中，所述介质基板I的材质采用玻纤材质(FR4)制成，因而不仅成本低，而且可保证在不同的工作频率中保持良好的天线工作特性。所述金属结构2、馈线3及參考地均置于所述介质基板I的表面上，所述金属结构2与所述介质基板I形成超材料，所述超材料的性能取决于所述金属结构2，在谐振频段，超材料通常体现出高度的色散特性，即其阻抗、容感性、等效的介电常数和磁导率随着频率会发生剧烈的变化，因而通过改变所述金属结构2及介质基板I的基本特性，便使得所述金属结构2与介质基板I等效地组成一个按照洛伦兹材料谐振模型的高度色散的特种电磁材料。请參阅图3至图7，所述金属结构2可为互补式开ロ谐振环结构、互补式螺旋线结构、开ロ螺旋环结构、双开ロ螺旋环结构、互补式弯折线结构、互补式开ロ谐振环结构的衍生结构、互补式开ロ谐振环结构的复合后结构、互补式开ロ谐振环结构组阵后的结构中的任一种或类似的拓扑金属结构或金属蚀刻图案，所述金属结构2的形状有无穷多种，并不局限于上述所举的结构。在本实施例中，所述金属结构2设置有框体21及位于所述框体21内的两螺旋线22，所述两螺旋线22相互连接形成开ロ螺旋环，所述开ロ螺旋环与所述框体21连接，所述螺旋线22的自由端呈面板状，所述面板状的端部可増加天线的受波本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高增益超材料天线，其特征在于包括介质基板、金属结构、馈线及参考地，所述金属结构、馈线及参考地均置于所述介质基板上，所述馈线与所述金属结构相互耦合，所述参考地包括位于所述介质基板相对两表面上的第一参考地单元及第二参考地单元，所述第一参考地单元使所述馈线的一端形成微带线。2.根据权利要求I所述的高增益超材料天线，其特征在于所述第一参考地单元及第二参考地单元相互电连接。3.根据权利要求2所述的高增益超材料天线，其特征在于所述介质基板设置有若干金属化通孔，所述第一参考地单元与所述第二参考地单元通过所述金属化通孔实现电连接。4.根据权利要求I或2或3所述的高增益超材料天线，其特征在于所述第一参考地单元设置有相互电连接的第一金属面单元及第二金属面单元，所述第一金属面单元与所述馈线的一端位置相对，使所述馈线的一端形成所述微带线；所述第二参考地单元设置有第三金属面单元，所述第三金属面单元与所述第二金属面单元位置相对。5.根据权利要求4所述的高增益超材料天线，其特征在于所述介质基板位于所述第二金属面单元及所述第三金属面单元处开设有若干金属化通孔，所述第二金属面单元与所述第三金属面单元通过所述金属化...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘若鹏，徐冠雄，李岳峰，
申请(专利权)人：深圳光启高等理工研究院，深圳光启创新技术有限公司，
类型：实用新型
国别省市：