[发明专利]光子禁带天线的优化

说明书

技术领域

本发明涉及一种光子带隙天线。

光子带隙结构(称为PBG结构)是禁止特定频率带宽的光波传播的周期性结构。该结构首先用于光领域，但是近年来，它们的应用扩展至其它频率范围。光子带隙结构特别用于如滤波器、天线的微波设备、或类似设备。

在光子带隙结构中，发现了使用金属元件的周期性分布的金属结构，以及介电元件的周期性分布、但也是金属介电结构。

本发明涉及使用金属元件(更具体地，完全导电并周期性设置的平行杆)的光子带隙结构。

背景技术

已经对使用金属元件(如，平行金属杆)的光子带隙天线进行了研究。因此，在Chin.Phys.Lett.Vol.19，no.6(2002)804中公开的由LinQien，FU-Jian，HE Sai-Ling，Zhang Jian-Wu所著的名为“Metal PhotonicBand Gap Resonant Antenna with High Directivity and High RadiationResistance”文章研究了由沿方向Z的无限长的平行金属杆形成的金属光子带隙谐振结构(MPBG)。

该文章更加具体地研究了谐振天线(MPBG)特定频率范围的方向性和辐射电阻，其中，该谐振天线(MPBG)包括线性辐射源天线和以通过平行金属杆形成的金属光子结构来构造的空穴，通过去除源天线周围的一些杆来获得该空穴。利用无限或假设为无限的金属杆来进行针对这种类型的光子带隙天线的研究。

发明内容

本发明涉及一种光子带隙天线，由有限长的金属杆实现，控制相对于接收辐射源的基板的杆的高度，从而控制垂直平面内的天线的辐射图案。

本发明涉及一种光子带隙(PBG)天线，包括：沿方向x、y的平面的辐射源，以及垂直于该平面的由平行金属杆构成的光子带隙结构，直径为d的杆沿方向x以间隔周期a_x重复n_x次，并沿方向y以间隔周期a_y重复n_y次，其特征在于，从辐射源所见的杆的高度是递增的。

根据优选实施例，选择源与最外部的杆之间的杆的高度大于kh/n，n等于从源所见的杆数，h是最外部杆的高度，以及k是在l与n之间变化的整数。

优选地，选择由源所见的第一金属杆的高度大于3×l，其中，l是辐射源的高度。以该值获得MPBG效应，即依据所给频率处的间隔周期获得带宽和带隙。

优选地，源与最外部杆之间的杆的高度符合单调递增函数。优选地。沿每个方向x或y，杆数相同。选择杆数，使得n≥3。然而，从源所见的杆数可以不同，这给出了具有不同值的个数nx和ny。

根据本发明的优选实施例，选择沿方向x和y的金属杆的再现间隔周期a_x和a_y相同。然而，这些间隔周期a_x和a_y可以不同。

根据本发明的实施例，以具有大于10^-7的导电率的金属材料来制造杆，如铜(5.9.10⁷S/m)、银(4.1.10⁷S/m)、铝(3.5.10⁷S/m)等。

另一方面，通过固定于形成地平面的基板上的偶极子或垂直单极子来构成所述源。所述源位于金属杆之一、或金属杆之间的位置上。

附图说明

在阅读不同优选实施例的描述时，本发明的其它特征和优点将变得更加显而易见，参照附图作出以下描述，其中：

图1图解性地示出了A处的光子带隙天线，其中，杆具有相同的长度h(h＝8l，其中，l是源的高度)；以及B处的沿三个轴x、y、z的辐射图案；

图2表示通过与分别在平面θ＝90°(a)和平面φ＝0°(b)中的单个偶极子的辐射图案进行比较的如图1所示的光子带隙天线的辐射图案，金属杆的高度是h＝4.5l，其中，l是源的高度；

图3是示出了根据工作频率和间隔周期变化的光子带隙天线的带宽和带隙的图示；

图4图解性地示出了根据本发明实施例的A处的光子带隙天线的3D视图和B处的光子带隙天线的顶视图；以及

图5示出了根据具有每种配置的仰角辐射图案和3D辐射图案的视图，具有不同高度的金属杆的光子带隙天线的三种配置。

具体实施方式

以下描述的示例是非限制性的图示实施例。这些实施例用于测试可行性和利用根据本发明的结构所获得的结果。然而，在实际的实施例中，单极子而非偶极子将会优选用于地平面，其中，杆本身也固定于所述平面上。