一种基于光子晶体结构的微带贴片天线

摘要

本发明公开了一种基于光子晶体结构的微带贴片天线，包括介质基板，介质基板的背面设有金属接地层，介质基板正面的中央设有辐射枝节，辐射枝节为镜像对称的四螺旋结构，且其四周环绕有光子晶体禁带层，光子晶体禁带层由若干周期排列的金属贴片组成，金属贴片的中央通过导电过孔与金属接地层连接，金属接地层通过馈电端口与辐射枝节连接，馈电端口的端部通过SMA接头与外界进行信号传输。本发明在辐射枝节周围引入光子晶体禁带层，有效解决了微带天线增益低和宽带窄的缺点，且两者间隔一定距离，降低相互之间的互耦，有效确保了天线的工作特性；此外，辐射枝节的结构能有效增加电流路径，实现天线的小型化。

说明书

技术领域

本发明属于微带天线技术领域，具体涉及一种基于光子晶体结构的微带贴片天线。

背景技术

光子晶体这一概念于上世纪80年代被提出，它最大的特性就是具有禁带特性，即在禁带范围内，对在其表面传播的表面波具有抑制作用，或者说它不支持某一频段的表面波的传播。微带天线因其具有体积小、重量轻、低剖面、低成本、适合与电路集成等诸多优点,已广泛应用于无线通信系统中,在移动通信、卫星通信以及航空航天等众多领域发挥它的重要作用。但同时微带天线本身的一些缺点也限制了其更大性能的发挥，由于微带天线属于谐振式天线,其工作频带相对较窄；另外激励起的表面波和介质损耗的存在使得天线大部分的能量都消耗掉从而使得微带天线的增益较低，辐射效率不高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于光子晶体结构的微带贴片天线，该天线能效解决微带天线增益低和宽带窄的缺点，且具有良好的电路和辐射性能，有利于实现天线的小型化。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种基于光子晶体结构的微带贴片天线，包括介质基板，介质基板的背面设有金属接地层，介质基板正面的中央设有辐射枝节，辐射枝节为镜像对称的四螺旋结构，且其四周环绕有光子晶体禁带层，光子晶体禁带层由若干周期排列的金属贴片组成，金属贴片的中央通过导电过孔与金属接地层连接，金属接地层通过馈电端口与辐射枝节连接，馈电端口的端部通过SMA接头与外界进行信号传输。

所述金属贴片包括中心部，中心部的中央与导电过孔导通，中心部的边沿设有多条顺时针间隔排列的L形第一金属微带线和第二金属微带线。

所述光子晶体禁带层与辐射枝节齐平设置。

所述介质基板为FR4材质，尺寸为60mm*60mm*2mm；辐射枝节的尺寸为26.6mm*26.6mm；金属贴片的尺寸为7 mm*7mm，其中：第一金属微带线和第二金属微带线的宽度均为0.7mm，第一金属微带线的长度为3.6mm，第一金属微带线与第二金属微带线长部之间的距离为0.3mm、短部之间的距离为0.7mm。

所述光子晶体禁带层与辐射枝节采用酸洗腐蚀成型后，与导电过孔和馈电端口共同做表面沉锡处理。

所述金属接地层外涂覆有感光绿油膜。

与现有技术相比，本发明的优点是：本发明在辐射枝节周围引入光子晶体禁带层，有效解决了微带天线增益低和宽带窄的缺点，且两者间隔一定距离，降低相互之间的互耦，有效确保了天线的工作特性；此外，辐射枝节的结构能有效增加电流路径，有利于实现天线的小型化。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述。

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的剖视结构示意图；

图3是本发明中金属贴片的结构示意图；

图4是本发明中对比天线的结构示意图；

图5是本发明与对比天线的回波损耗对比图；

图6是本发明与对比天线的辐射远场区3D对比图，其中：图6-1是对比天线的辐射远场区3D图；图6-2是本发明的辐射远场区3D图。

具体实施方式：

如图1至图3所示，一种基于光子晶体结构的微带贴片天线，包括介质基板1，介质基板1的背面设有金属接地层4，介质基板1正面的中央设有辐射枝节2，辐射枝节2为镜像对称的四螺旋结构，且其四周环绕有光子晶体禁带层，光子晶体禁带层与辐射枝节2齐平设置，光子晶体禁带层由2行（列）共48片周期排列的金属贴片5组成，金属贴片5包括中心部，中心部的中央通过导电过孔6与金属接地层4连接，中心部的边沿设有多条顺时针间隔排列的L形第一金属微带线51和第二金属微带线52，金属接地层4通过馈电端口3与辐射枝节2连接，馈电端口3的端部通过SMA接头31与外界进行信号传输。

本发明中，介质基板1为FR4材质，尺寸为60mm*60mm*2mm；辐射枝节的尺寸为26.6mm*26.6mm；金属贴片5的尺寸为7 mm*7mm，其中：第一金属微带线51和第二金属微带线52的宽度w均为0.7mm，第一金属微带线51的长度lx为3.6mm，第一金属微带线51与第二金属微带线52长部之间的距离lw为0.3mm、短部之间的距离sw为0.7mm。

本发明在制作时，光子晶体禁带层的各金属贴片5与辐射枝节2采用酸洗腐蚀成型，辐射枝节2呈镜像对称的四螺旋结构，与现有的同规格微带天线相比，尺寸降低了13.5％；各金属贴片5的中央以及辐射枝节2的馈电点（距辐射枝节2正中心5.4mm）处采用金属化过孔的方式形成导电过孔6和馈电端口3，并对金属贴片5、辐射枝节2、导电过孔6和馈电端口3的表面做沉锡处理；金属接地层4外涂覆有感光绿油膜，以达到防焊、绝缘的目的。

为进一步突出本发明的电路参数性能和辐射参数性能，设计制作了对比天线，如图4所示，该对比天线的结构省略了光子晶体禁带层的各金属贴片5以及与金属贴片5对应的导电过孔6，其余与本发明保持一致，但为了阻抗匹配，此对比天线中辐射枝节2的馈电点位置为距其正中心5.2mm处，该对比天线与现有的同规格微带天线的性能基本相同：

如图5所示，水平虚线代表回波损耗为-10dB，虚曲线代表本发明天线的回波损耗变化，实曲线代表对比天线回波损耗变化，从图中可看出，对比天线的中心频率为4.5GHz，频带宽度为3.4％，而本发明天线的中心频率略有偏移，在4.56GHz处，频带宽度则变为4.5％，扩展了1.1％；如图6-1所示，对比天线在工作频率4.5 GHz处最大增益为4.21dB；而本发明的天线，如图6-2所示，在4.5 GHz处最大增益为5.55dB，较对比天线增加了1.34 dB。

从上述可以看出，本发明的天线有效改善了现有的微带天线的增益和带宽性能，同时在一定程度上减少了天线的尺寸，有利于实现天线的小型化。