專利名稱：一種嵌入異質光子晶體結構的貼片天線的制作方法
技術領域：
本發明屬于通信技術領域，具體涉及嵌入異質光子晶體結構的貼片天線。
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，基于該技術不僅可以使微帶貼片天線集成在高介電常數基片上，而且可以多方面改善天線的性能，包括增加天線的帶寬，有效地抑制貼片天線基片中的表面波，提高天線的方向性和增益，削弱天線的旁瓣和背瓣等。光子晶體結構被應用于多種新型天線稱為光子晶體天線，具有體積小、質量輕、低剖面、成本低、易加工、有效展寬天線的帶寬、改善天線的方向性，大幅度提高天線的輻射效率等優點。自1987年至90年代初期，對光子晶體的研究主要集中在光子晶體禁帶的理論計算方面。首先建立了光在光子晶體內傳播的標量場理論，在此基礎上建立了光子在晶體中傳播的矢量場理論，并且用矢量場理論成功地分析了某些實驗結果。1990年K. M. Ho等發展了計算光子晶體能帶的平面波方法(PMM)，并計算得到金剛石結構存在完全光子禁帶。1991年，Yablonovitch根據K.M.Ho等的理論設計思路利用微機械鉆孔方法制作出了一個光子晶體結構。在貼片天線中引入光子晶體結構，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，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.使得光子晶體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發揮它的作用。
發明內容
本發明主要提供一種嵌入異質光子晶體結構的貼片天線，在禁帶范圍內天線傳播的電磁波會受到抑制，它們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。本發明所說的嵌入異質光子晶體結構的貼片天線，包括介質基板、貼片天線和微帶饋線，貼片天線形狀為矩形金屬框，鉆孔型異質光子晶體嵌在矩形框的中間。所說的鉆孔型異質光子晶體上鉆有圓孔和方孔。上述方案中，所述的矩形金屬框的寬度為50 mm，基底的大小為 360mmX360mmX8mm ；圓孔的半徑為16mm，方孔大小為32 mmX 32mm,兩圓心或兩方孔中心之間相距35. 2mm。本發明與現有的技術相比，具有如下優點用時域有限差分法研究了鉆孔型光子晶體異質結構貼片天線和嵌入異質光子晶體的矩形框貼片天線的性能，通過仿真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，它們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。
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是嵌入異質光子晶體的矩形框貼片天線的結構，1為介質基板，2為貼片天線，3為鉆孔型異質光子晶體上的圓孔，4為鉆孔型異質光子晶體上的方孔，5為微帶饋線； 圖2是嵌入異質光子晶體的矩形框貼片天線回波損耗(Sll)； 圖3是嵌入異質光子晶體的矩形框貼片天線增益。
具體實施例方式采用電路板刻蝕技術，如圖1所示的微帶天線結構中，在介質基板1上分別刻蝕出貼片天線2和微帶饋線5，微帶饋線5作為天線的電波信號饋入源，給貼片天線2饋電，在矩形框形狀的貼片天線2中間嵌入18個圓形的鉆孔型異質光子晶體和18個方形的鉆孔型異質光子晶體。如圖1所示的一種嵌入異質光子晶體結構貼片天線結構中，包括介質基板1、貼片天線2、鉆孔型異質光子晶體和微帶饋線5。在介質基板的正面，貼片天線形狀為寬為H2=50 mm的矩形金屬框，激勵源采用Gaussian離散源，它通過寬度為L3=4. 7 mm的微帶饋線給貼片天線饋電，鉆孔型異質光子晶體嵌在矩形框的中間，形成一個新的復合異質光子晶體體系，鉆孔的分布如圖1所示，圓形鉆孔3的半徑R=16mm，方形鉆孔4的邊長L4=32mm，介質基板的大小為LlXHlXDl=360_X360_X8mm，兩圓心或兩方孔中心之間距離H4=35. 2mm, 介質基板的介質相對介電常數為10。將上述嵌入異質光子晶體結構貼片天線用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。(3)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電壓駐波比和增益。(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。經過仿真測試得到如圖2所示的回波損耗Sll特性，圖中可知嵌入異質光子晶體的矩形框貼片天線最小回波損耗(Sll) 3. 866GHZ處約為_33dB.電壓駐波比VSWR特性，嵌入異質光子晶體的矩形框貼片天線達到了 1.048，即靠近理想值1。如圖3所示，嵌入異質光子晶體的矩形框貼片天線正向增益最大約為+10. 3dB，說明該晶體結構可以較大提高貼片天線的增益。
將異質結構光子晶體嵌入天線后，由于異質結構導致異質界面處發生畸變，使得電磁波局域模的高度局域化，從而得到電磁波能量在某一頻率附近出現較高的增益。另外， 由于將異質光子晶體結構嵌入矩形框貼片天線中形成新的復合光子晶體體系，如此的光子晶體結構對電磁能量的局域化程度有了明顯的提高，導致天線增益明顯增大。
權利要求
1.一種嵌入異質光子晶體結構的貼片天線，包括介質基板、貼片天線和微帶天線，其特征是貼片天線形狀為矩形金屬框，鉆孔型異質光子晶體嵌在矩形框的中間。
2.根據權利要求1所述的嵌入異質光子晶體結構的貼片天線，其特征在于，所說的鉆孔型異質光子晶體上的孔是圓孔和方孔。
3.根據權利要求2所述的嵌入異質光子晶體結構的貼片天線，其特征在于矩形金屬框的寬度為50 mm，基底的大小為360mmX360mmX8mm ；圓孔的半徑為16mm，方孔大小為32 mmX32mm,兩圓心或兩方孔中心之間相距35. 2mm。
4.根據權利要求3所述的嵌入異質光子晶體結構的貼片天線，其特征在于，所述的圓孔為18個，所述的方孔為18個。
全文摘要
本發明涉及一種嵌入異質光子晶體結構的貼片天線,其結構的特點是包括介質基板、貼片天線和微帶天線，其特征是貼片天線形狀為矩形金屬框，鉆孔型異質光子晶體嵌在矩形框的中間。本發明的優點是在禁帶范圍內天線傳播的電磁波會受到抑制,它們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。由此,天線的性能得到較好的改善，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H01Q19/10GK102222817SQ20111009539
公開日2011年10月19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