專利名稱：一種交叉異質排列光子晶體天線的制作方法
技術領域：
本發明屬于通信技術領域，具體涉及交叉異質排列光子晶體天線。
背景技術：
光子晶體是指折射率在空間呈周期性分布的結構，電磁波在該晶體內部傳輸的特性類似于電子在半導體晶體中的運動特性，故又稱為光子晶體或電磁晶體，當電磁波入射電磁(光子)晶體時，在某一頻率范圍可以禁止電磁波傳播，該頻率范圍稱為頻率禁帶，簡稱為禁帶。光子晶體結構有一維，二維以及三維結構。一般來說，維數越高、尺寸越小、點陣越復雜，其計算、制備的難度也越大。通過在貼片天線中人為地引入光子晶體結構后，不難發現，其特性表現為較低的回波損耗和較大的天線增益，從理論的角度分析其原因也是容易理解的在貼片天線的基底介質上加入了光子晶體結構之后，就會形成電磁(光子)禁帶，在禁帶頻率范圍內的電磁波將受到束縛不能向任意方向傳播，利用光子晶體的禁帶效應，可抑制沿基底底板介質傳播的表面波，由此，將減少天線基底對電磁波的吸收，增加電磁波向自由空間的反射能量，從而減少了天線的回波損耗、增加了增益。
發明內容
本發明提供一種交叉異質排列光子晶體天線，能大幅度的抑制沿基底底板介質傳播的表面波，能有效地實現更小的回波損耗和較高的增益特性。實現本發明的技術方案是一種交叉異質排列光子晶體天線，包括介質基板、貼片天線和微帶饋線，貼片天線和微帶饋線固定在介質基板的正面，貼片天線和微帶饋線相連接，在介質基板正面，設有周期性排列的圓孔和金字塔錐孔以形成交叉光子晶體異質結構， 介質基板的相對介電常數為10。上述方案中貼片天線大小為沈mmX16 mm，激勵源采用Gaussian離散源，它通過寬度為4. 7 mm的微帶饋線給貼片天線饋電。本發明所說的周期性排列的圓孔和金字塔錐孔，是指圓孔和金字塔錐孔交錯排列。通過時域有限差分法研究了交叉異質光子晶體結構貼片天線，分析得到對應的性能參數，并將其與普通的貼片天線進行比較，發現在禁帶范圍內天線傳播的電磁波會受到抑制，它比普通的貼片天線具有更小的回波損耗，能大幅度地反射光子晶體的天線基底中的能量，使其擁有較高的增益。同時，本發明中的光子晶體結構貼片天線制作工藝簡單， 材料價格便宜，易于大規模的工業化生產。本發明與現有的技術相比，具有如下優點本發明在貼片天線中人為地引入光子晶體結構后，就會形成電磁(光子)禁帶，在禁帶頻率范圍內的電磁波將受到束縛不能向任意方向傳播，利用光子晶體的禁帶效應，可抑制沿基底底板介質傳播的表面波。在禁帶范圍內，交叉異質光子晶體結構貼片天線基底中傳播的表面波會受到抑制，它比普通的貼片天線具有更小的回波損耗，能大幅度地反射光子晶體的天線基底中的能量，使其擁有較高增益.由此，增加了天線耦合到空間的電磁波輻射功率，從而提高了貼片天線增益和信噪比，較好地改善了天線的性能，使得該貼片天線在移動通信、衛星通信以及航空航天等眾多領域能更好地得到應用。
下面結合附圖和具體實施方式
對本發明作進一步詳細說明
圖1是本發明交叉異質光子晶體結構光子晶體貼片天線正面結構示意圖； 圖2是本發明交叉異質光子晶體貼片天線回波損耗示意圖； 圖3是本發明交叉異質光子晶體貼片天線增益示意圖； 圖中；1-介質基板，2-貼片天線，3-微帶饋線。
具體實施例方式一種交叉異質光子晶體結構光子晶體貼片天線，如圖1所示，采用電路板鉆孔技術，在介質基板1上分別鉆出周期性排列的圓孔和金字塔錐孔，介質基板的大小為Hl (360mm) XLl (360mm) XDl (8mm)，圓孔的半徑R為16mm，錐底大小為L3 (32 mm) XL3 (32mm),兩圓心或兩錐孔中心之間相距H3=35. 2mm，介質基板的相對介電常數為 10，并在介質基板上方加入L2 06 mm) XH2(16 mm)的貼片天線2，激勵源采用Gaussian離散源，它通過寬度為L4=4. 7 mm的微帶饋線給貼片天線饋電。將上述微帶貼片天線用XFDTD仿真軟件做測試，XFDTD是由美國REMCOM公司開發的一款基于電磁數值計算方法FDTD (時域有限差分法)的全波三維電磁仿真軟件。XFDTD的主要特點
(1)建立模型和輸入FDTD計算參數通過下拉菜單彈出的選項卡，系統自動生成 Geometry 文件禾口 Project 文件。(2)輸出的結果可通過XFDTD的界面顯示。它可以繪制各類參數曲線，并可以通過快照方式顯示系列時間步長的電磁場變化。得到了回波損耗，電壓駐波比和增益幾項數據。C3)XFDTD中激勵源的設置分為近場源和平面波源兩種激勵。在大多數天線及微波環路問題中經常使用近場源激勵，它包括高斯激勵，正弦激勵及用戶自定義等各種激勵源。 本專利采用高斯激勵求得回波損耗和增益。(4)邊界處理可選擇PEC，PMC和吸收邊界條件，吸收邊界條件包括LIAO氏邊界條件和完全匹配PML邊界。本專利采用完全匹配PML邊界以達到最好的效果。經過仿真得到如圖2所示的回波損耗sll特性，在頻率3. 76GHz處最小回波損耗 sll約為_30dB，說明了交叉異質光子晶體結構能進一步減少回波損耗；
如圖3所示，得到增益特性，加入交叉異質結構光子晶體后，正向增益最大約為 8. 58dB，說明交叉異質光子晶體結構可以較大提高貼片天線的增益。本發明采用電路板鉆孔技術制作天線，天線的中心頻率為3.76GHz。在尺寸為 360mmX360mmX8mm的介質基板1(介電常數是10)上鉆出半徑為16mm的圓孔和大小為32 mmX32mm的錐底，兩圓心或兩錐孔中心之間相距35. 2mm。在介質層上方加入沈mmX16 mm的貼片天線，激勵源采用Gaussian離散源，它通過寬度為4. 7 mm的微帶饋線給貼片天線饋電，至此完成天線的制作。
權利要求
1.一種交叉異質排列光子晶體天線，包括介質基板(1)、貼片天線(2)和微帶饋線(3)， 貼片天線(2 )和微帶饋線(3 )固定在介質基板(1)的正面，貼片天線(2 )和微帶饋線(3 )相連接，其特征在于在介質基板(1)正面，設有周期性排列的圓孔和金字塔錐孔以形成交叉光子晶體異質結構，介質基板的相對介電常數為10。
2.根據權利要求1所述的交叉異質排列光子晶體天線，其特征在于在介質基板上方加入沈mmX16 mm的貼片天線，激勵源采用Gaussian離散源，它通過寬度為4. 7 mm的微帶饋線給貼片天線饋電。
3.根據權利要求1所述的交叉異質排列光子晶體天線，其特征在于所說的周期性排列的圓孔和金字塔錐孔，是指圓孔和金字塔錐孔交錯排列。
全文摘要
本發明涉及一種交叉異質排列光子晶體天線，該光子晶體天線包括介質基板、貼片天線和微帶饋線，貼片天線和微帶饋線固定在介質基板的正面，貼片天線和微帶饋線相連接，在介質基板正面，設有周期性排列的圓孔和金字塔錐孔以形成交叉光子晶體異質結構，介質基板的相對介電常數為10。本發明在貼片天線中引入光子晶體結構后，形成電磁禁帶，在禁帶范圍內,交叉異質光子晶體結構貼片天線基底中傳播的表面波會受到抑制，能大幅度地反射光子晶體的天線基底中的能量,使其擁有較高增益.由此,較好地改善了天線的性能，使得該貼片天線在移動通信、衛星通信以及航空航天等眾多領域能更好地得到應用。
文檔編號H01Q1/12GK102227039SQ20111009539
公開日2011年10月26日 申請日期2011年4月17日 優先權日2011年4月17日
發明者包祥, 吳和生, 吳問云, 宋雪樺, 沈廷根, 王昌達, 袁昕, 路敏 申請人:江蘇大學