本发明专利技术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，该复合贴片天线包括四层介质基板、金属接地板、矩形框金属辐射片、微带馈线、螺旋金属线、金属谐振环和金属条。该复合结构的介质基板有四层，第一、三层相对介电常数为10，二、四层为2.0。激励源采用Gaussian离散源，通过微带馈线给贴片天线馈电。本发明专利技术在某一频率附近，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对电磁能量的局域化程度有了明显的提高，导致天线增益明显增大，并表现为较低的回波损耗，较好地改善了天线的性能，可广泛应用于移动通信、卫星通信以及航空航天等领域。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于通信
，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。
技术介绍
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。本专利技术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Ni Co I son-Ro ss-ffeir (NRff)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。
技术实现思路
本专利技术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，本专利技术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U、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I的正面，在第一层介质基板I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I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I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 X 6个螺旋金属线8周期排列在矩形框金属辐射片5内，6X6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I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6X6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I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 —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。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长和宽相同:长均为360mm,宽均为360mm,第一层介质基板I和第三层介质基板3的相对介电常数均为10，厚度均为D1=Smm,第二层介质基板2和第四层介质基板4的相对介电常数均为 2.0,厚度均为2_。第一层介质基板I正面固定有宽度D2=4mm的矩形框金属福射片5,矩形框金属辐射片5外框边长L2=304mm，内框边长L3=296mm，矩形框金属辐射片5的外框距第一层介质基板I边缘D9=28mm。矩形框金属辐射片5内嵌入的6X6周期性排列的螺旋金属线8,线宽D11=L 9mm,相邻线间隔D12=L 9mm,最小内径R1=L 9mm,最大外径R2=19mm,第二外径R3=17.1mm,相邻螺旋金属线中心间距D7=D8=44.8mm,所述的螺旋金属线8间嵌入的6根细金属条9,细金属条9 *H4=260mm,宽L4=5mm,间距D3=D4=D5=D6=39.8mm, 2根弯金属条10固定在第一层介质基板⑴边缘，弯金属条10宽D1(l=20mm,两根弯金属条10的间距L6=20mm。第二层介质基板2与第四层介质基板4结构相同，正面贴有6X6周期性排列的金属谐振环11，金属谐振环11的外环边长L7=32mm,内环边长L8=22mm,环的线宽D19=3mm,线间距D2(l=2mm,环开口 D21=D22=6mm,相邻金属谐振环11中心间距D17=D18=44.8mm。金属谐振环11间嵌入6根260mmX5mm细金属条9,间距D13=D14=D15=D16=39.8mm。第三层介质基板3正面贴有螺旋金属线8、细金属条9,其排布和尺寸和第一层介质基板I的螺旋金属线8、细金属条9结构相同。第四层介质基板4反面贴有360mmX 360mm金属接地板12,厚度较薄,上面挖有4个空气孔，空气孔尺寸为:长L9=300mm,宽H9=40mm，相邻孔间距D27=50mm。微带馈线6的长为28mm,宽为L5=4.7mm,激励源通过金属导线一端与微带馈线6相连,一端与金属接地板12相连，激励源采用Gaussian离散源,通过微带馈线6给矩形框金属福射片5馈电。为了验证本专利技术的有效性，将上述基于左手材料效应和光子禁带效应的多层复合左手材料矩形框贴片天线结构利用仿真软件XFDTD进行测试，该软件是美国REMCOM公司开发的基于电磁数值计算方法FDTD(时域有限差分法)的全波三维电磁仿真软件，该软件仿真结果可靠性高。通过该软件的仿真测试，可以得到天线性能对应的性能参数值，如回波损耗(sll，也称为反射系数)、传输系数(s21)、电压驻波比(VSWR)和增益(Gain)等。通过分析这些数值，可以比较出天线性能的优劣。本专利技术是通过对普通贴片天线加入了左手材料结构组合形成一种基于光子本文档来自技高网...
【技术保护点】
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，其特征在于：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，第一层介质基板(1)的正面还设有细金属条(9)、弯金属条（10）以及周期性排列的螺旋金属线(8)，?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）正面固定有周期性排列的螺旋金属线(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。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：王纪俊，朱志盼，贡磊磊，张艳荣，曹静，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：
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