[发明专利]一种光子晶体贴片天线

说明书

技术领域

本发明涉及通信技术领域，特别涉及光子晶体贴片天线。

背景技术

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。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、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广泛应用。但光子晶体天线在应用中的缺陷是：反射光子晶体天线基底中的能量不足，回波损耗较大。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种光子晶体贴片天线，能大幅度地反射光子晶体的天线基底中的能量，有效地实现更小的回波损耗和较高增益特性。

本发明采用的技术方案是：固定在天线基底上的贴片天线连接微带馈线，激励源通过馈电端口经微带馈线给贴片天线馈电，在天线基底正面上纵横排列间距相等的圆孔，在天线基底的反面固定矩形金属框，该矩形金属框嵌入圆孔外围。

本发明与现有技术相比，具有如下优点：

本发明在天线基底的反面矩形金属框中嵌入圆孔光子晶体结构，也即在贴片天线的基底介质上加入了光子晶体结构，就形成电磁(光子)禁带，在禁带频率范围内的电磁波将受到束缚，不能向任意方向传播，利用光子晶体的禁带效应，可抑制沿基底底板介质传播的表面波，因此，将减少天线基底对电磁波的吸收，能大幅度地反射光子晶体的天线基底中的能量，增加电磁波向自由空间的反射能量，有效减少了天线的回波损耗，增加了天线增益，使它在移动通信、卫星通信以及航空航天等众多领域发挥它的作用。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

图1是本发明基底光子晶体贴片天线正面结构示意图；

图2是本发明基底光子晶体贴片天线反面结构示意图；

图3是本发明实施例1中的回波损耗S11随频率变化分布示意图。

具体实施方式：

如图1、2所示，光子晶体贴片天线由光子晶体区和贴片天线区组成，贴片天线区包括固定在天线基底1上的贴片天线3，天线基底1的长度为50～360mm、宽度为50～360mm、厚度为4～10mm。贴片天线3的一端连接微带馈线4，另一端为馈电端口5。贴片天线3与微带馈线4，激励源通过馈电端口5经微带馈线4给贴片天线3馈电。光子晶体区为在天线基底1正面上纵横排列且间距相等的圆孔2以形成光子晶体结构，圆孔2直径为16～32mm，两圆孔圆心间距为20～3。圆孔2内为空气介质，天线基底1介质的相对介电常数为2.2～10.2。在天线基底1的反面固定矩形金属框6，矩形金属框6的长、宽度为20～80mm，将该矩形金属框6嵌入圆孔2外围，形成嵌入型圆孔光子晶体结构。

下面结合3个实施例说明本发明。

实施例1

如图1、2，将天线基底1的长度设为200mm、宽度为100mm、厚度为8mm，在天线基底1正面上钻出纵横排列且直径为20mm的圆孔2形成光子晶体结构，圆孔2圆心之间的间距均为30mm。在天线基底1反面边缘加上长度为70mm，宽度为20mm的矩形金属框6，将该矩形金属框6中嵌入光子晶体结构，天线基底1介质的相对介电常数为6(聚四氟乙烯材料)，在介质层上方加入26×16mm的贴片天线3，激励源采通过宽度为4.7mm的微带馈线4在馈电端口5给贴片天线3馈电，如图3所示，得到回波损耗S11特性，在频率3.16GHZ处最小回波损耗S11约为-41dB。

实施例2

如图1、2，将天线基底1的长度设为300mm、宽度为50mm、厚度为10mm，在天线基底1正面上钻出纵横排列且直径为32mm的圆孔2形成光子晶体结构，圆孔2圆心之间的间距均为40mm。在天线基底1反面边缘加上长度为80mm，宽度为50mm的矩形金属框6，将该矩形金属框6中嵌入光子晶体结构，天线基底1介质的相对介电常数为10.2(聚四氟乙烯材料)，在介质层上方加入26×16mm的贴片天线3，激励源采通过宽度为4.7mm的微带馈线4在馈电端口5给贴片天线3馈电，如图3所示，得到回波损耗S11特性，在频率3.16GHZ处最小回波损耗S11约为-41dB。

实施例3

如图1、2，将天线基底1的长度设为52mm、宽度为50mm、厚度为4mm，在天线基底1正面上钻出纵横排列且直径为16mm的圆孔2形成光子晶体结构，圆孔2圆心之间的间距均为20mm。在天线基底1反面边缘加上长度为30mm，宽度为26mm的矩形金属框6，将该矩形金属框6中嵌入光子晶体结构，天线基底1介质的相对介电常数为2.2(聚四氟乙烯材料)，在介质层上方加入26×16mm的贴片天线3，激励源采通过宽度为4.7mm的微带馈线4在馈电端口5给贴片天线3馈电，如图3所示，得到回波损耗S11特性，在频率3.16GHZ处最小回波损耗S11约为-41dB。