一種漸變型電磁帶隙結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種漸變型電磁帶隙結(jié)構(gòu)，屬于微波工程技術(shù)領(lǐng)域。包括四個部分：下層圓形金屬薄膜、上層金屬薄膜、填充在上下兩層薄膜之間的損耗介質(zhì)層以及連接上下兩層金屬薄膜的金屬過孔。所述的上層金屬薄膜由許多扇形貼片單元組成，扇形貼片從圓心到半徑方向逐漸變大，貼片之間有縫隙，每個貼片單元的中心都有一個金屬過孔。下表面為完整的圓片狀金屬膜，無縫隙。本發(fā)明提供的電磁帶隙結(jié)構(gòu)在較寬的頻帶范圍內(nèi)有禁帶效果。本發(fā)明所述的漸變型電磁帶隙結(jié)構(gòu)適用于螺旋天線等超寬帶天線領(lǐng)域。
【專利說明】
一種漸變型電磁帶隙結(jié)構(gòu)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種漸變型電磁帶隙結(jié)構(gòu)，屬于微波工程技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]電磁帶隙結(jié)構(gòu)是一種周期性結(jié)構(gòu)，能有效地控制電磁波的傳播特性，廣泛應(yīng)用于微波領(lǐng)域。
[0003]電磁帶隙結(jié)構(gòu)具有帶隙特性，其帶隙特性可抑制微帶貼片天線的表面波。在這種微帶貼片天線設(shè)計過程中，使用電磁帶隙結(jié)構(gòu)可以抑制輻射貼片激起的在襯底傳播的表面波和介質(zhì)波模，降低表面波和介質(zhì)波模產(chǎn)生的損耗，增加貼片天線親合到自由空間的福射功率，提高天線效率。電磁帶隙結(jié)構(gòu)還可以降低表面波在襯底邊緣產(chǎn)生的旁瓣和后瓣電平、增加天線的前后比、改善天線方向圖、提高天線增益。
[0004]電磁帶隙結(jié)構(gòu)還具有同向反射特性，其同向反射特性可應(yīng)用于低剖面天線的設(shè)計中。使用傳統(tǒng)金屬地板作為天線反射器時，通常需要將天線放置在離地板距離為1/4工作波長的高度，從而使天線的輻射效率最高。而使用電磁帶隙結(jié)構(gòu)作為天線的地板時，可以將天線貼近到地板的表面，能極大地降低天線的高度，不僅節(jié)約天線占用空間，還能提高天線的輻射性能。
[0005]當(dāng)前研究的電磁帶隙結(jié)構(gòu)的工作頻帶較窄，不能較好地應(yīng)用于寬帶天線領(lǐng)域，由于電磁帶隙結(jié)構(gòu)的工作帶寬與其結(jié)構(gòu)單元的尺寸有關(guān)，因此結(jié)構(gòu)單元漸變型的電磁帶隙結(jié)構(gòu)能獲得更大的工作帶寬。將本發(fā)明中的漸變型電磁帶隙結(jié)構(gòu)加載到工作在4?9GHz的螺旋天線上，螺旋天線的反射系數(shù)和軸比能滿足工程應(yīng)用，增益提高了 1.75倍，因此本發(fā)明具有良好的應(yīng)用前景。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是提供一種漸變型電磁帶隙結(jié)構(gòu)。
[0007]本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的:由上至下依次設(shè)置上層金屬薄膜、中間損耗介質(zhì)材料以及下層金屬薄膜，上層金屬薄膜與下層金屬薄膜通過金屬過孔連接，下層金屬薄膜是圓片狀，上層金屬薄膜是由扇形貼片單元組成的圓形結(jié)構(gòu)。
[0008]本發(fā)明還包括這樣一些結(jié)構(gòu)特征:
[0009]1.每個所述的扇形貼片單元的弧度是16°，沿著扇形圓弧切線方向相鄰扇形貼片單元之間的角度是2°，每個扇形貼片單元沿著半徑方向由小貼片組成，相鄰小貼片之間存在縫隙，上層金屬薄膜與下層金屬薄膜通過金屬過孔連接是指每個小貼片的中心處與下層金屬薄膜之間設(shè)置有金屬過孔。
[0010]2.每個小貼片上的金屬過孔的直徑不同。
[0011 ] 3.中間損耗介質(zhì)材料是FR4介質(zhì)，厚度為1mm。
[0012]4.上層金屬薄膜、下層金屬薄膜的材料是金屬銅。
[0013]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明提供的電磁帶隙結(jié)構(gòu)在較寬的頻帶范圍內(nèi)有禁帶效果。本發(fā)明結(jié)構(gòu)設(shè)計簡單，可以通過調(diào)整扇形的弧度，扇形之間的間隔、金屬過孔半徑來調(diào)整其工作頻率范圍。本發(fā)明可作為反射板實現(xiàn)對電磁波的反射，將雙波束輻射轉(zhuǎn)變?yōu)閱尾ㄊ椛?。本發(fā)明提出的電磁帶隙結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)的電磁帶隙結(jié)構(gòu)相比，由于其組成單元結(jié)構(gòu)的漸變特性，能在較寬頻率范圍內(nèi)工作，也即具有更大的工作帶寬，本發(fā)明在超寬帶天線領(lǐng)域也有較好的應(yīng)用價值，也即適用于螺旋天線等超寬帶天線領(lǐng)域。
【附圖說明】
[0014]圖1為本發(fā)明提出的電磁帶隙結(jié)構(gòu)的立體結(jié)構(gòu)圖。
[0015]圖2為本發(fā)明提出的電磁帶隙結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖。
[0016]圖3為本發(fā)明提出的電磁帶隙結(jié)構(gòu)上層金屬膜部分示意圖。
[0017]圖4為本發(fā)明提出的電磁帶隙結(jié)構(gòu)扇形貼片單元及過孔參數(shù)表。
[0018]圖5為本發(fā)明提出的電磁帶隙結(jié)構(gòu)加載在螺旋天線上的示意圖。
[0019]圖6為本發(fā)明提出的電磁帶隙結(jié)構(gòu)在加載了螺旋天線后的反射系數(shù)一頻率曲線。
[0020]圖7為本發(fā)明提出的電磁帶隙結(jié)構(gòu)在加載了螺旋天線后的增益一頻率曲線。
[0021]圖8為本發(fā)明提出的電磁帶隙結(jié)構(gòu)在加載了螺旋天線后的軸比一頻率曲線。
【具體實施方式】
[0022]下面結(jié)合附圖與【具體實施方式】對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
[0023]實施方式一:結(jié)合圖1至圖8，本發(fā)明由4部分組成:上層的由多個貼片單元組成的金屬膜①、連接上下金屬薄膜的金屬過孔②、介于上下兩層金屬膜之間的介質(zhì)材料③、底層的圓片狀金屬薄膜④。上層金屬薄膜由扇形的貼片單元組成。
[0024]實施方式二:基于上述實施方式，結(jié)合圖3，本發(fā)明還可以是:每個所述的扇形貼片單元的弧度是16°，尺寸從圓心向外逐漸增大，沿著半徑方向，貼片之間存在縫隙;沿著扇形圓弧切線方向相鄰扇形貼片單元之間的角度是2°，每個扇形貼片單元沿著半徑方向由小貼片組成，相鄰小貼片之間存在縫隙，上層金屬薄膜與下層金屬薄膜通過金屬過孔連接是指每個小貼片的中心處與下層金屬薄膜之間設(shè)置有金屬過孔。第一個貼片左邊緣與圓心的距離設(shè)為3mm。第N個貼片單元的左邊緣與右邊緣的之間的長度為rN，與第N+1個貼片單元的縫隙寬度為gN，由圓心向外處的第N個金屬過孔的半徑為rpinN
[0025]具體的說是用刻蝕技術(shù)刻蝕出20個扇形，弧度為16°，扇形貼片的左邊圓弧距離圓心的距離為3mm，沿著扇形圓弧切線方向相鄰的扇形貼片之間的角度為2°。再用刻蝕技術(shù)刻蝕6個圓環(huán)，圓環(huán)的內(nèi)徑分別是9mm、17mm、26mm、36mm、47mm、59mm，圓環(huán)的內(nèi)徑比外徑小1mm。
[0026]實施方式三:基于上述實施方式，本發(fā)明還可以是:連接上下兩層扇形金屬薄膜的金屬過孔位于扇形金屬貼片的中心，且不同尺寸貼片處的過孔半徑不同，也即每個小貼片上的金屬過孔的直徑不同。具體的說是在每個小貼片的幾何中心鉆穿一個通孔，通孔的半徑由圓心指向半徑方形分別為0.40mm、0.40mm、、0.53mm、0.51mm、0.55mm、0.51mm、0.40mm，在這些通孔里填入對應(yīng)大小的金屬圓柱體，將金屬圓柱體兩端與上下層的金屬薄膜焊接起來。
[0027]實施方式四:基于上述實施方式，本發(fā)明還可以是:中間損耗介質(zhì)材料③采用FR4介質(zhì)，介電常數(shù)為4.4，損耗角正切值為0.02，尺寸為4>144臟*11111]1。
[0028]實施方式五:基于上述實施方式，本發(fā)明還可以是:上層金屬薄膜①和下層金屬薄膜④的材料均采用金屬銅。
【主權(quán)項】
1.一種漸變型電磁帶隙結(jié)構(gòu)，其特征在于:由上至下依次設(shè)置上層金屬薄膜、中間損耗介質(zhì)材料以及下層金屬薄膜，上層金屬薄膜與下層金屬薄膜通過金屬過孔連接，下層金屬薄膜是圓片狀，上層金屬薄膜是由扇形貼片單元組成的圓形結(jié)構(gòu)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種漸變型電磁帶隙結(jié)構(gòu)，其特征在于:每個所述的扇形貼片單元的弧度是16°，沿著扇形圓弧切線方向相鄰扇形貼片單元之間的角度是2°，每個扇形貼片單元沿著半徑方向由小貼片組成，相鄰小貼片之間存在縫隙，上層金屬薄膜與下層金屬薄膜通過金屬過孔連接是指每個小貼片的中心處與下層金屬薄膜之間設(shè)置有金屬過孔。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種漸變型電磁帶隙結(jié)構(gòu)，其特征在于:每個小貼片上的金屬過孔的直徑不同。4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的一種漸變型電磁帶隙結(jié)構(gòu)，其特征在于:中間損耗介質(zhì)材料是FR4介質(zhì)，厚度為1mm。5.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的一種漸變型電磁帶隙結(jié)構(gòu)，其特征在于:上層金屬薄膜、下層金屬薄膜的材料是金屬銅。6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種漸變型電磁帶隙結(jié)構(gòu)，其特征在于:上層金屬薄膜、下層金屬薄膜的材料是金屬銅。
【文檔編號】H01Q1/52GK106025549SQ201610352486
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年5月25日
【發(fā)明人】周凱, 管有林, 國強, 項建弘
【申請人】哈爾濱工程大學(xué)