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(gè)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(guò)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(gè)貼片單元的中心都有一個(gè)金屬過(guò)孔。下表面為完整的圓片狀金屬膜，無(wú)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(shuō)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(jì)過(guò)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(jì)中。使用傳統(tǒng)金屬地板作為天線反射器時(shí)，通常需要將天線放置在離地板距離為1/4工作波長(zhǎng)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(shí)，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(shí)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(guò)金屬過(guò)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(gè)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(gè)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(guò)金屬過(guò)孔連接是指每個(gè)小貼片的中心處與下層金屬薄膜之間設(shè)置有金屬過(guò)孔。
[0010]2.每個(gè)小貼片上的金屬過(guò)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(jì)簡(jiǎn)單，可以通過(guò)調(diào)整扇形的弧度，扇形之間的間隔、金屬過(guò)孔半徑來(lái)調(diào)整其工作頻率范圍。本發(fā)明可作為反射板實(shí)現(xiàn)對(duì)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(jià)值，也即適用于螺旋天線等超寬帶天線領(lǐng)域。
【附圖說(shuō)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(guò)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(shí)施方式】
[0022]下面結(jié)合附圖與【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
[0023]實(shí)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(gè)貼片單元組成的金屬膜①、連接上下金屬薄膜的金屬過(guò)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(shí)施方式二:基于上述實(shí)施方式，結(jié)合圖3，本發(fā)明還可以是:每個(gè)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(gè)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(guò)金屬過(guò)孔連接是指每個(gè)小貼片的中心處與下層金屬薄膜之間設(shè)置有金屬過(guò)孔。第一個(gè)貼片左邊緣與圓心的距離設(shè)為3mm。第N個(gè)貼片單元的左邊緣與右邊緣的之間的長(zhǎng)度為rN，與第N+1個(gè)貼片單元的縫隙寬度為gN，由圓心向外處的第N個(gè)金屬過(guò)孔的半徑為rpinN
[0025]具體的說(shuō)是用刻蝕技術(shù)刻蝕出20個(gè)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(gè)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(shí)施方式三:基于上述實(shí)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(guò)孔位于扇形金屬貼片的中心，且不同尺寸貼片處的過(guò)孔半徑不同，也即每個(gè)小貼片上的金屬過(guò)孔的直徑不同。具體的說(shuō)是在每個(gè)小貼片的幾何中心鉆穿一個(gè)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(duì)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(lái)。
[0027]實(shí)施方式四:基于上述實(shí)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(shí)施方式五:基于上述實(shí)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(xiàng)】
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(guò)金屬過(guò)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(gè)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(gè)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(guò)金屬過(guò)孔連接是指每個(gè)小貼片的中心處與下層金屬薄膜之間設(shè)置有金屬過(guò)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(gè)小貼片上的金屬過(guò)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(hào)】H01Q1/52GK106025549SQ201610352486
【公開日】2016年10月12日
【申請(qǐng)日】2016年5月25日
【發(fā)明人】周凱, 管有林, 國(guó)強(qiáng), 項(xiàng)建弘
【申請(qǐng)人】哈爾濱工程大學(xué)