一种利用三维光子晶体作为反射基板的偶极子天线的制作方法

本发明涉及通信技术领域，特别涉及一种偶极子天线。

背景技术：

光子晶体是一种介电常数呈周期性排布的人工晶体，基本性能有光子带隙特性、光子局域性和一些独特的光学特性。其中光子带隙是它最根本的特性，是指当频率落在带隙中的入射光会被全反射，从而不能穿过光子晶体。利用这一特性，可以实现用光子晶体来抑制不需要的自发辐射，进而高效地控制电磁波信号的传输，降低传输过程中的能量损耗。光子晶体按照折射率周期性变化的空间维度分为3类，即一维、二维和三维光子晶体，其中三维光子晶体具有全带隙禁带特性。

传统的偶极子天线，主要是应用二维光子晶体结构，结构简单且易制作，但是辐射效率不高。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种利用三维光子晶体作为反射基板的偶极子天线；能够大幅度地反射偶极子天线的某方向的能量，从而提高反方向的辐射增益。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种利用三维光子晶体作为反射基板的偶极子天线，包括偶极子天线、偶极子、SMA同轴线转换头和三维光子晶体；偶极子天线包括两根铜导杆，两根铜导杆间隔固定在绝缘体上；偶极子以SMA同轴线转换头为馈电接口，以细铜丝作为天线的偶极子，用两段细铜丝一端分别焊接在SMA同轴线转换头的中心针和外壁上，另一端分别与偶极子天线的两个铜导杆焊接；三维光子晶体作为反射基板设置在偶极子天线旁侧，三维光子晶体为球形金刚石的负型光子晶体结构。

进一步的，偶极子天线是由两根铜导杆分别焊接在SMA同轴线转换头的辐射点。

进一步的，三维光子晶体放置在距离偶极子天线λ/4处；λ为天线辐射的微波的波长，λ＝30mm。

进一步的，极子天线的辐射频点为9.5GHz；偶极子天线的长度L＝λ/2＝15mm。

进一步的，三维光子晶体材料为氧化铝陶瓷，晶格常数为20mm，半径为6mm，厚度为4个周期，介电常数为5，球孔内为空气介质；三维光子晶体的全带隙范围包含频点9.5GHZ。

进一步的，铜导杆的长度是四分之一波长L＝λ/4。

进一步的，SMA同轴线转换接头为标准3.5mmSMA同轴线转换头。

与现有技术相比，本发明具有以下技术效果：

本发明采用三维光子晶体作为反射基板。与一维二维结构相比，三维光子晶体结构具有完全带隙，设计光子晶体结构的禁带范围包含偶极子天线的辐射频点，在频率禁带范围内电磁波将受到束缚，不能向任意方向传播，因而可抑制沿基底底板介质传播的表面波。天线底板对电磁波的吸收大幅度减少，这样该频点的电磁波被大幅度的反射，增加了向自由空间的反射能量，从而提高了天线的辐射增益，能够在通信领域发挥重要作用。另外，基板与偶极子天线没有固定，可以实现满足禁带范围内的辐射天线的自由组装，而且经济实用，操作简易。

进一步的，三维光子晶体放置在距离偶极子天线λ/4处，这个距离满足反射天线辐射增益的最大条件。

进一步的，电流在两铜丝的方向相反，从而形成很好的空间辐射。

附图说明

图1为三维光子晶体和偶极子天线模型图；

图2为三维光子晶体和偶极子天线组装图；

图3为普通偶极子天线的E面辐射图；

图4为本发明一种利用三维光子晶体作为反射基板的偶极子天线的E面辐射图。

其中：1-偶极子天线；2-三维光子晶体；3-偶极子；4-SMA同轴线转换头；5-铜丝；6-中心针；7-外壁；8-铜导杆，9-绝缘体。

具体实施方式

请参阅图1及图2所示，本发明一种利用三维光子晶体作为反射基板的偶极子天线，包括偶极子天线1、偶极子3、SMA同轴线转换头4和三维光子晶体2；偶极子天线1包括两根铜导杆，两根铜导杆间隔固定在绝缘体9上；偶极子3以SMA同轴线转换头4为馈电接口，以细铜丝作为天线的偶极子3，用两段细铜丝一端分别焊接在SMA同轴线转换头4的中心针6和外壁7上，另一端分别与偶极子天线1的两个铜导杆焊接；偶极子天线1的两根铜导杆分别焊接在SMA同轴线转换头4的辐射点上；三维光子晶体2为球形金刚石的负型光子晶体结构。

一种利用三维光子晶体作为反射基板的偶极子天线的制作方法包括以下步骤：

参照图2：设计辐射频点在9.5GHz的半波长偶极子天线1，则根据半波长偶极子天线的设计原理，偶极子天线1的长度L＝λ/2＝15mm；λ为天线辐射的微波的波长，λ＝30mm。半波长天线的制备简单，可由实导线或金属管制作。购买市场上现有的标准3.5mm的SMA同轴线转换头4，以细铜丝作为天线的偶极子3，长度根据半波长定义＝15mm，并将两段铜丝焊接到SMA同轴线转换头4的中心针6和外壁7和对应的铜管之间。对于三维光子晶体2，根据天线的辐射频点设计光子晶体的禁带包含该频率点。根据经验值，若采用氧化铝陶瓷材料(实际的介电常数约为5)，三维光子晶体2的结构采用球型金刚石的负型结构，那么设计结构的晶格常数为20mm，半径为6mm。根据理论和实验可知，三维光子晶体2与半波长偶极子天线1的距离为λ/4时，反射效率最高。

普通偶极子天线和三维光子晶体偶极子天线的增益对比：

参照图3和图4：实验测试普通偶极子天线和三维光子晶体偶极子天线的E面辐射图。普通偶极子天线在辐射频点9.6GHz的E面辐射图谱显示，最大增益在-62dB(由于实际测试存在自由空间损耗，天线的耦合损耗以及其他损耗导致测试结果在-100dB以下)。而三维光子晶体偶极子天线的最大增益提高了11dB，提高了约12.6倍。用三维光子晶体作为反射基板的偶极子天线的辐射图曲线更加平滑，原因是光子晶体能够有效地抑制表面波的传播。结果比较说明三维光子晶体的反射基板的全带隙性能有效的提高了偶极子天线的增益。