[發明專利]一種可調的貼片光子晶體微帶天線

無效

• 申請號: 200910059306.3
• 申請日: 2009-05-15
• 公開（公告）號: CN101557039A
• 公開（公告）日: 2009-10-14
• 發明（設計）人: 楊立峰;王亞非;萬勇;高椿明;周鷹;王占平
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: H01Q13/08
• 分類號: H01Q13/08
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及微帶天線，具體涉及一種可調的光子晶體微帶天線。

背景技術

微帶天線是近30年來逐漸發展起來的一類新型天線。早在1953年就提 出了微帶天線的概念，但并未引起工程界的重視。在50年代和60年代只有 一些零星的研究，真正的發展和使用是在70年代。常用的一類微帶天線是在 一個薄介質基(如聚四氟乙烯玻璃纖維壓層)上，一面附上金屬薄層作為接地 板，另一面用光刻腐蝕等方法作出一定形狀的金屬貼片，利用微帶線和軸線 探針對貼片饋電，這就構成了微帶天線。當貼片是一面積單元時，稱它為微 帶天線；若貼片是一細長帶條則稱其為微帶陣子天線。

按結構特征把微帶天線分為兩大類，即微帶貼片天線和微帶縫隙天線； 按形狀分類，可分為矩形、圓形、環形微帶天線等。按工作原理分類，無論 哪一種天線都可分成諧振型(駐波型)和非揩振型(行波型)微帶天線。前一類天 線有特定的諧振尺寸，一般只能工作在諧振頻率附近；而后一類天線無諧振 尺寸的限制，它的末端要加匹配負載以保證傳輸行波。

另一類微帶天線是微帶縫隙天線。它是把上述接地板刻出窗口即縫隙， 而在介質基片的另一面印刷出微帶線對縫隙饋電。

微帶天線一般應用在1～50GHz頻率范圍，特殊的天線也可用于幾十兆赫。 和常用微波天線相比，有如下優點：

(1)剖面薄，體積小，重量輕，能與載體(如飛行器、導彈)的表面共形， 而不破環載體的機械結構和空氣動力學特性；

(2)電性能多樣化。不同設計的微帶元，其最大輻射方向可以從邊射到端 射范圍內調整；易于得到各種極化；

(3)易集成。能與有源器件、電路集成，因此可以大規模生產，節省制造 成本。

微帶天線的結構支持表面波，這種波形沿介質基片傳播，而在基片的外 法向上場量按指數衰減，能量集中于空氣-介質的分界面附近。

微帶天線中表面波的存在，一方面使能量“束縛”在介質附近不能輻射， 使得天線的效率降低，可以降低至只有百分之幾十；另一方面就是在介質截 斷處發生輻射和繞射，影響天線的方向圖，主要是后瓣增大和旁瓣的起伏加 大。

研究表明，當天線中的表面波功率很高時，天線的效率會變得很低，嚴 重時空間波輻射效率η_s可能只有30％甚至更低。

理論和實踐表明，在基板上引入光子晶體結構后，可以利用光子禁帶PBG 抑制表面波，使微帶天線的方向系數D會明顯提高，從而可以提高天線的增 益。

發明內容

本發明所要解決的問題是：如何提供一種可調的貼片光子晶體微帶天線，該 天線克服了現有技術中所存在的不足，能動態的調整光子晶體微帶天線的工作頻 率。

本發明所提出的技術問題是這樣解決的：提供一種可調的貼片光子晶體微 帶天線，包括RF4基板，其特征在于：

①所述RF4基板的正中間設置有貼片微帶天線，其四周為若干周期的光子 晶體，光子晶體和貼片微帶天線之間有1～2個光子晶體周期的距離，所述光子 晶體的散射體單元為空心圓柱散射體；

②所述空心圓柱散射體是由介電彈性材料制成的空心圓柱，該空心圓柱的 內外表面設置有和可調電壓源連接的兼容電極，外延設置有輕質軟膠層，利用 可調電壓源改變空心圓柱散射體的厚度，使光子晶體的禁帶頻率發生偏移，抑 制不同頻率的表面波，繼而由耦合作用獲得微帶天線的不同工作頻率。

按照本發明所提供的可調的貼片光子晶體微帶天線，其特征在于，所述RF4 基板四周為3～5個周期的光子晶體，每個散射體單元由可調電壓源單獨控制。

按照本發明所提供的可調的貼片光子晶體微帶天線，其特征在于，空心圓 柱散射體的半徑r₂和長度L的關系為r₂/L＜＜1。

按照本發明所提供的可調的貼片光子晶體微帶天線，其特征在于，選擇合 適的光子晶體材料、晶格常數及初始填充率，可以改變可調電壓源的外加電壓 來改變微帶天線的工作頻率。

該可調的貼片光子晶體微帶天線，利用可調電壓源改變光子晶體的介電彈性 材料空心圓柱散射體的厚度，使光子晶體的禁帶頻率發生偏移，從而抑制不同頻 率的表面波，繼而由耦合作用獲得微帶天線的不同工作頻率，有益效果為：①光 子晶體的散射體厚度連續可調，②微帶天線的工作頻率動態范圍大；③微帶天線 的增益和方向系數D都得到提高。

附圖說明