[发明专利]一种嵌入异质光子晶体结构的贴片天线

说明书

技术领域

本发明属于通信技术领域，具体涉及嵌入异质光子晶体结构的贴片天线。

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,简称为禁带, 基于该技术不仅可以使微带贴片天线集成在高介电常数基片上，而且可以多方面改善天线的性能，包括增加天线的带宽，有效地抑制贴片天线基片中的表面波，提高天线的方向性和增益，削弱天线的旁瓣和背瓣等。光子晶体结构被应用于多种新型天线称为光子晶体天线,具有体积小、质量轻、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。自1987年至90年代初期，对光子晶体的研究主要集中在光子晶体禁带的理论计算方面。首先建立了光在光子晶体内传播的标量场理论，在此基础上建立了光子在晶体中传播的矢量场理论，并且用矢量场理论成功地分析了某些实验结果。1990年K.M.Ho等发展了计算光子晶体能带的平面波方法（PMM），并计算得到金刚石结构存在完全光子禁带。1991年， Yablonovitch根据K.M.Ho等的理论设计思路利用微机械钻孔方法制作出了一个光子晶体结构。

在贴片天线中引入光子晶体结构,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,由此,增加了天线耦合到空间的电磁波辐射功率,从而提高了贴片天线增益和信噪比,较好地改善了天线的性能.使得光子晶体贴片天线在移动通信、卫星通信以及航空航天等众多领域能更好地发挥它的作用。

发明内容

本发明主要提供一种嵌入异质光子晶体结构的贴片天线，在禁带范围内天线传播的电磁波会受到抑制,它们比普通的贴片天线具有更小的回波损耗，能大幅度地反射光子晶体的天线基底中的能量,使其拥有较高的增益。

本发明所说的嵌入异质光子晶体结构的贴片天线，包括介质基板、贴片天线和微带馈线，贴片天线形状为矩形金属框，钻孔型异质光子晶体嵌在矩形框的中间。所说的钻孔型异质光子晶体上钻有圆孔和方孔。

上述方案中，所述的矩形金属框的宽度为50 mm，基底的大小为360mm×360mm×8mm；圆孔的半径为16mm，方孔大小为32 mm×32mm,两圆心或两方孔中心之间相距35.2mm。

本发明与现有的技术相比，具有如下优点：用时域有限差分法研究了钻孔型光子晶体异质结构贴片天线和嵌入异质光子晶体的矩形框贴片天线的性能，通过仿真分析得到对应的性能参数，并将其与普通的贴片天线进行比较,发现在禁带范围内天线传播的电磁波会受到抑制,它们比普通的贴片天线具有更小的回波损耗，能大幅度地反射光子晶体的天线基底中的能量,使其拥有较高的增益。

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是嵌入异质光子晶体的矩形框贴片天线的结构，1为介质基板，2为贴片天线，3为钻孔型异质光子晶体上的圆孔，4为钻孔型异质光子晶体上的方孔，5为微带馈线；

图2是嵌入异质光子晶体的矩形框贴片天线回波损耗（S11）；

图3是嵌入异质光子晶体的矩形框贴片天线增益。

具体实施方式

采用电路板刻蚀技术，如图1所示的微带天线结构中，在介质基板1上分别刻蚀出贴片天线2和微带馈线5，微带馈线5作为天线的电波信号馈入源，给贴片天线2馈电,在矩形框形状的贴片天线2中间嵌入18个圆形的钻孔型异质光子晶体和18个方形的钻孔型异质光子晶体。

如图1所示的一种嵌入异质光子晶体结构贴片天线结构中，包括介质基板1、贴片天线2、钻孔型异质光子晶体和微带馈线5。在介质基板的正面，贴片天线形状为宽为H2=50 mm的矩形金属框，激励源采用Gaussian离散源,它通过宽度为L3=4.7 mm的微带馈线给贴片天线馈电，钻孔型异质光子晶体嵌在矩形框的中间，形成一个新的复合异质光子晶体体系，钻孔的分布如图1所示，圆形钻孔3的半径R=16mm，方形钻孔4的边长L4=32mm，介质基板的大小为L1×H1×D1=360mm×360mm×8mm，两圆心或两方孔中心之间距离H4=35.2mm,介质基板的介质相对介电常数为10。

将上述嵌入异质光子晶体结构贴片天线用XFDTD仿真软件做测试，XFDTD是由美国REMCOM公司开发的一款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。

XFDTD的主要特点：