专利名称：一种嵌入异质光子晶体结构的贴片天线的制作方法
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 360mmX360mmX8mm ；圆孔的半径为16mm，方孔大小为32 mmX 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。
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(Sll)； 图3是嵌入异质光子晶体的矩形框贴片天线增益。
具体实施例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LlXHlXDl=360_X360_X8mm，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
(1)建立模型和输入FDTD计算参数通过下拉菜单弹出的选项卡，系统自动生成 Geometry 文件禾口 Project 文件。(2)输出的结果可通过XFDTD的界面显示。它可以绘制各类参数曲线，并可以通过快照方式显示系列时间步长的电磁场变化。得到了回波损耗，电压驻波比和增益几项数据。(3)XFDTD中激励源的设置分为近场源和平面波源两种激励。在大多数天线及微波环路问题中经常使用近场源激励，它包括高斯激励，正弦激励及用户自定义等各种激励源。 本专利采用高斯激励求得回波损耗和电压驻波比和增益。(4)边界处理可选择PEC，PMC和吸收边界条件，吸收边界条件包括LIAO氏边界条件和完全匹配PML边界。本专利采用完全匹配PML边界以达到最好的效果。经过仿真测试得到如图2所示的回波损耗Sll特性，图中可知嵌入异质光子晶体的矩形框贴片天线最小回波损耗(Sll) 3. 866GHZ处约为_33dB.电压驻波比VSWR特性，嵌入异质光子晶体的矩形框贴片天线达到了 1.048，即靠近理想值1。如图3所示，嵌入异质光子晶体的矩形框贴片天线正向增益最大约为+10. 3dB，说明该晶体结构可以较大提高贴片天线的增益。
将异质结构光子晶体嵌入天线后，由于异质结构导致异质界面处发生畸变，使得电磁波局域模的高度局域化，从而得到电磁波能量在某一频率附近出现较高的增益。另外， 由于将异质光子晶体结构嵌入矩形框贴片天线中形成新的复合光子晶体体系，如此的光子晶体结构对电磁能量的局域化程度有了明显的提高，导致天线增益明显增大。
权利要求
1.一种嵌入异质光子晶体结构的贴片天线，包括介质基板、贴片天线和微带天线，其特征是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。
2.根据权利要求1所述的嵌入异质光子晶体结构的贴片天线，其特征在于，所说的钻孔型异质光子晶体上的孔是圆孔和方孔。
3.根据权利要求2所述的嵌入异质光子晶体结构的贴片天线，其特征在于矩形金属框的宽度为50 mm，基底的大小为360mmX360mmX8mm ；圆孔的半径为16mm，方孔大小为32 mmX32mm,两圆心或两方孔中心之间相距35. 2mm。
4.根据权利要求3所述的嵌入异质光子晶体结构的贴片天线，其特征在于，所述的圆孔为18个，所述的方孔为18个。
全文摘要
本发明涉及一种嵌入异质光子晶体结构的贴片天线,其结构的特点是包括介质基板、贴片天线和微带天线，其特征是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。本发明的优点是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。由此,天线的性能得到较好的改善，使得该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得到应用。
文档编号H01Q19/10GK102222817SQ20111009539
公开日2011年10月19日 申请日期2011年4月17日 优先权日2011年4月17日
发明者包祥, 吴和生, 吴问云, 宋雪桦, 沈廷根, 王昌达, 袁昕, 路敏 申请人:江苏大学