一种渐变型电磁带隙结构的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种渐变型电磁带隙结构，属于微波工程技术领域。包括四个部分：下层圆形金属薄膜、上层金属薄膜、填充在上下两层薄膜之间的损耗介质层以及连接上下两层金属薄膜的金属过孔。所述的上层金属薄膜由许多扇形贴片单元组成，扇形贴片从圆心到半径方向逐渐变大，贴片之间有缝隙，每个贴片单元的中心都有一个金属过孔。下表面为完整的圆片状金属膜，无缝隙。本发明提供的电磁带隙结构在较宽的频带范围内有禁带效果。本发明所述的渐变型电磁带隙结构适用于螺旋天线等超宽带天线领域。
【专利说明】
一种渐变型电磁带隙结构
技术领域
[0001]本发明涉及一种渐变型电磁带隙结构，属于微波工程技术领域。
【背景技术】
[0002]电磁带隙结构是一种周期性结构，能有效地控制电磁波的传播特性，广泛应用于微波领域。
[0003]电磁带隙结构具有带隙特性，其带隙特性可抑制微带贴片天线的表面波。在这种微带贴片天线设计过程中，使用电磁带隙结构可以抑制辐射贴片激起的在衬底传播的表面波和介质波模，降低表面波和介质波模产生的损耗，增加贴片天线親合到自由空间的福射功率，提高天线效率。电磁带隙结构还可以降低表面波在衬底边缘产生的旁瓣和后瓣电平、增加天线的前后比、改善天线方向图、提高天线增益。
[0004]电磁带隙结构还具有同向反射特性，其同向反射特性可应用于低剖面天线的设计中。使用传统金属地板作为天线反射器时，通常需要将天线放置在离地板距离为1/4工作波长的高度，从而使天线的辐射效率最高。而使用电磁带隙结构作为天线的地板时，可以将天线贴近到地板的表面，能极大地降低天线的高度，不仅节约天线占用空间，还能提高天线的辐射性能。
[0005]当前研究的电磁带隙结构的工作频带较窄，不能较好地应用于宽带天线领域，由于电磁带隙结构的工作带宽与其结构单元的尺寸有关，因此结构单元渐变型的电磁带隙结构能获得更大的工作带宽。将本发明中的渐变型电磁带隙结构加载到工作在4?9GHz的螺旋天线上，螺旋天线的反射系数和轴比能满足工程应用，增益提高了 1.75倍，因此本发明具有良好的应用前景。
【发明内容】
[0006]本发明的目的是提供一种渐变型电磁带隙结构。
[0007]本发明的目的是这样实现的:由上至下依次设置上层金属薄膜、中间损耗介质材料以及下层金属薄膜，上层金属薄膜与下层金属薄膜通过金属过孔连接，下层金属薄膜是圆片状，上层金属薄膜是由扇形贴片单元组成的圆形结构。
[0008]本发明还包括这样一些结构特征:
[0009]1.每个所述的扇形贴片单元的弧度是16°，沿着扇形圆弧切线方向相邻扇形贴片单元之间的角度是2°，每个扇形贴片单元沿着半径方向由小贴片组成，相邻小贴片之间存在缝隙，上层金属薄膜与下层金属薄膜通过金属过孔连接是指每个小贴片的中心处与下层金属薄膜之间设置有金属过孔。
[0010]2.每个小贴片上的金属过孔的直径不同。
[0011 ] 3.中间损耗介质材料是FR4介质，厚度为1mm。
[0012]4.上层金属薄膜、下层金属薄膜的材料是金属铜。
[0013]与现有技术相比，本发明的有益效果是:本发明提供的电磁带隙结构在较宽的频带范围内有禁带效果。本发明结构设计简单，可以通过调整扇形的弧度，扇形之间的间隔、金属过孔半径来调整其工作频率范围。本发明可作为反射板实现对电磁波的反射，将双波束辐射转变为单波束辐射。本发明提出的电磁带隙结构与传统的电磁带隙结构相比，由于其组成单元结构的渐变特性，能在较宽频率范围内工作，也即具有更大的工作带宽，本发明在超宽带天线领域也有较好的应用价值，也即适用于螺旋天线等超宽带天线领域。
【附图说明】
[0014]图1为本发明提出的电磁带隙结构的立体结构图。
[0015]图2为本发明提出的电磁带隙结构的侧视图。
[0016]图3为本发明提出的电磁带隙结构上层金属膜部分示意图。
[0017]图4为本发明提出的电磁带隙结构扇形贴片单元及过孔参数表。
[0018]图5为本发明提出的电磁带隙结构加载在螺旋天线上的示意图。
[0019]图6为本发明提出的电磁带隙结构在加载了螺旋天线后的反射系数一频率曲线。
[0020]图7为本发明提出的电磁带隙结构在加载了螺旋天线后的增益一频率曲线。
[0021]图8为本发明提出的电磁带隙结构在加载了螺旋天线后的轴比一频率曲线。
【具体实施方式】
[0022]下面结合附图与【具体实施方式】对本发明作进一步详细描述。
[0023]实施方式一:结合图1至图8，本发明由4部分组成:上层的由多个贴片单元组成的金属膜①、连接上下金属薄膜的金属过孔②、介于上下两层金属膜之间的介质材料③、底层的圆片状金属薄膜④。上层金属薄膜由扇形的贴片单元组成。
[0024]实施方式二:基于上述实施方式，结合图3，本发明还可以是:每个所述的扇形贴片单元的弧度是16°，尺寸从圆心向外逐渐增大，沿着半径方向，贴片之间存在缝隙;沿着扇形圆弧切线方向相邻扇形贴片单元之间的角度是2°，每个扇形贴片单元沿着半径方向由小贴片组成，相邻小贴片之间存在缝隙，上层金属薄膜与下层金属薄膜通过金属过孔连接是指每个小贴片的中心处与下层金属薄膜之间设置有金属过孔。第一个贴片左边缘与圆心的距离设为3mm。第N个贴片单元的左边缘与右边缘的之间的长度为rN，与第N+1个贴片单元的缝隙宽度为gN，由圆心向外处的第N个金属过孔的半径为rpinN
[0025]具体的说是用刻蚀技术刻蚀出20个扇形，弧度为16°，扇形贴片的左边圆弧距离圆心的距离为3mm，沿着扇形圆弧切线方向相邻的扇形贴片之间的角度为2°。再用刻蚀技术刻蚀6个圆环，圆环的内径分别是9mm、17mm、26mm、36mm、47mm、59mm，圆环的内径比外径小1mm。
[0026]实施方式三:基于上述实施方式，本发明还可以是:连接上下两层扇形金属薄膜的金属过孔位于扇形金属贴片的中心，且不同尺寸贴片处的过孔半径不同，也即每个小贴片上的金属过孔的直径不同。具体的说是在每个小贴片的几何中心钻穿一个通孔，通孔的半径由圆心指向半径方形分别为0.40mm、0.40mm、、0.53mm、0.51mm、0.55mm、0.51mm、0.40mm，在这些通孔里填入对应大小的金属圆柱体，将金属圆柱体两端与上下层的金属薄膜焊接起来。
[0027]实施方式四:基于上述实施方式，本发明还可以是:中间损耗介质材料③采用FR4介质，介电常数为4.4，损耗角正切值为0.02，尺寸为4>144臟*11111]1。
[0028]实施方式五:基于上述实施方式，本发明还可以是:上层金属薄膜①和下层金属薄膜④的材料均采用金属铜。
【主权项】
1.一种渐变型电磁带隙结构，其特征在于:由上至下依次设置上层金属薄膜、中间损耗介质材料以及下层金属薄膜，上层金属薄膜与下层金属薄膜通过金属过孔连接，下层金属薄膜是圆片状，上层金属薄膜是由扇形贴片单元组成的圆形结构。2.根据权利要求1所述的一种渐变型电磁带隙结构，其特征在于:每个所述的扇形贴片单元的弧度是16°，沿着扇形圆弧切线方向相邻扇形贴片单元之间的角度是2°，每个扇形贴片单元沿着半径方向由小贴片组成，相邻小贴片之间存在缝隙，上层金属薄膜与下层金属薄膜通过金属过孔连接是指每个小贴片的中心处与下层金属薄膜之间设置有金属过孔。3.根据权利要求2所述的一种渐变型电磁带隙结构，其特征在于:每个小贴片上的金属过孔的直径不同。4.根据权利要求1或2或3所述的一种渐变型电磁带隙结构，其特征在于:中间损耗介质材料是FR4介质，厚度为1mm。5.根据权利要求1或2或3所述的一种渐变型电磁带隙结构，其特征在于:上层金属薄膜、下层金属薄膜的材料是金属铜。6.根据权利要求4所述的一种渐变型电磁带隙结构，其特征在于:上层金属薄膜、下层金属薄膜的材料是金属铜。
【文档编号】H01Q1/52GK106025549SQ201610352486
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年5月25日
【发明人】周凯, 管有林, 国强, 项建弘
【申请人】哈尔滨工程大学