[发明专利]一种可调的贴片光子晶体微带天线

说明书

技术领域

本发明涉及微带天线，具体涉及一种可调的光子晶体微带天线。

背景技术

微带天线是近30年来逐渐发展起来的一类新型天线。早在1953年就提 出了微带天线的概念，但并未引起工程界的重视。在50年代和60年代只有 一些零星的研究，真正的发展和使用是在70年代。常用的一类微带天线是在 一个薄介质基(如聚四氟乙烯玻璃纤维压层)上，一面附上金属薄层作为接地 板，另一面用光刻腐蚀等方法作出一定形状的金属贴片，利用微带线和轴线 探针对贴片馈电，这就构成了微带天线。当贴片是一面积单元时，称它为微 带天线；若贴片是一细长带条则称其为微带阵子天线。

按结构特征把微带天线分为两大类，即微带贴片天线和微带缝隙天线； 按形状分类，可分为矩形、圆形、环形微带天线等。按工作原理分类，无论 哪一种天线都可分成谐振型(驻波型)和非揩振型(行波型)微带天线。前一类天 线有特定的谐振尺寸，一般只能工作在谐振频率附近；而后一类天线无谐振 尺寸的限制，它的末端要加匹配负载以保证传输行波。

另一类微带天线是微带缝隙天线。它是把上述接地板刻出窗口即缝隙， 而在介质基片的另一面印刷出微带线对缝隙馈电。

微带天线一般应用在1～50GHz频率范围，特殊的天线也可用于几十兆赫。 和常用微波天线相比，有如下优点：

(1)剖面薄，体积小，重量轻，能与载体(如飞行器、导弹)的表面共形， 而不破环载体的机械结构和空气动力学特性；

(2)电性能多样化。不同设计的微带元，其最大辐射方向可以从边射到端 射范围内调整；易于得到各种极化；

(3)易集成。能与有源器件、电路集成，因此可以大规模生产，节省制造 成本。

微带天线的结构支持表面波，这种波形沿介质基片传播，而在基片的外 法向上场量按指数衰减，能量集中于空气-介质的分界面附近。

微带天线中表面波的存在，一方面使能量“束缚”在介质附近不能辐射， 使得天线的效率降低，可以降低至只有百分之几十；另一方面就是在介质截 断处发生辐射和绕射，影响天线的方向图，主要是后瓣增大和旁瓣的起伏加 大。

研究表明，当天线中的表面波功率很高时，天线的效率会变得很低，严 重时空间波辐射效率η_s可能只有30％甚至更低。

理论和实践表明，在基板上引入光子晶体结构后，可以利用光子禁带PBG 抑制表面波，使微带天线的方向系数D会明显提高，从而可以提高天线的增 益。

发明内容

本发明所要解决的问题是：如何提供一种可调的贴片光子晶体微带天线，该 天线克服了现有技术中所存在的不足，能动态的调整光子晶体微带天线的工作频 率。

本发明所提出的技术问题是这样解决的：提供一种可调的贴片光子晶体微 带天线，包括RF4基板，其特征在于：

①所述RF4基板的正中间设置有贴片微带天线，其四周为若干周期的光子 晶体，光子晶体和贴片微带天线之间有1～2个光子晶体周期的距离，所述光子 晶体的散射体单元为空心圆柱散射体；

②所述空心圆柱散射体是由介电弹性材料制成的空心圆柱，该空心圆柱的 内外表面设置有和可调电压源连接的兼容电极，外延设置有轻质软胶层，利用 可调电压源改变空心圆柱散射体的厚度，使光子晶体的禁带频率发生偏移，抑 制不同频率的表面波，继而由耦合作用获得微带天线的不同工作频率。

按照本发明所提供的可调的贴片光子晶体微带天线，其特征在于，所述RF4 基板四周为3～5个周期的光子晶体，每个散射体单元由可调电压源单独控制。

按照本发明所提供的可调的贴片光子晶体微带天线，其特征在于，空心圆 柱散射体的半径r₂和长度L的关系为r₂/L＜＜1。

按照本发明所提供的可调的贴片光子晶体微带天线，其特征在于，选择合 适的光子晶体材料、晶格常数及初始填充率，可以改变可调电压源的外加电压 来改变微带天线的工作频率。

该可调的贴片光子晶体微带天线，利用可调电压源改变光子晶体的介电弹性 材料空心圆柱散射体的厚度，使光子晶体的禁带频率发生偏移，从而抑制不同频 率的表面波，继而由耦合作用获得微带天线的不同工作频率，有益效果为：①光 子晶体的散射体厚度连续可调，②微带天线的工作频率动态范围大；③微带天线 的增益和方向系数D都得到提高。

附图说明