本發(fā)明涉及通信技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種偶極子天線。

背景技術(shù)：

光子晶體是一種介電常數(shù)呈周期性排布的人工晶體，基本性能有光子帶隙特性、光子局域性和一些獨(dú)特的光學(xué)特性。其中光子帶隙是它最根本的特性，是指當(dāng)頻率落在帶隙中的入射光會被全反射，從而不能穿過光子晶體。利用這一特性，可以實(shí)現(xiàn)用光子晶體來抑制不需要的自發(fā)輻射，進(jìn)而高效地控制電磁波信號的傳輸，降低傳輸過程中的能量損耗。光子晶體按照折射率周期性變化的空間維度分為3類，即一維、二維和三維光子晶體，其中三維光子晶體具有全帶隙禁帶特性。

傳統(tǒng)的偶極子天線，主要是應(yīng)用二維光子晶體結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡單且易制作，但是輻射效率不高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種利用三維光子晶體作為反射基板的偶極子天線；能夠大幅度地反射偶極子天線的某方向的能量，從而提高反方向的輻射增益。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種利用三維光子晶體作為反射基板的偶極子天線，包括偶極子天線、偶極子、SMA同軸線轉(zhuǎn)換頭和三維光子晶體；偶極子天線包括兩根銅導(dǎo)桿，兩根銅導(dǎo)桿間隔固定在絕緣體上；偶極子以SMA同軸線轉(zhuǎn)換頭為饋電接口，以細(xì)銅絲作為天線的偶極子，用兩段細(xì)銅絲一端分別焊接在SMA同軸線轉(zhuǎn)換頭的中心針和外壁上，另一端分別與偶極子天線的兩個銅導(dǎo)桿焊接；三維光子晶體作為反射基板設(shè)置在偶極子天線旁側(cè)，三維光子晶體為球形金剛石的負(fù)型光子晶體結(jié)構(gòu)。

進(jìn)一步的，偶極子天線是由兩根銅導(dǎo)桿分別焊接在SMA同軸線轉(zhuǎn)換頭的輻射點(diǎn)。

進(jìn)一步的，三維光子晶體放置在距離偶極子天線λ/4處；λ為天線輻射的微波的波長，λ＝30mm。

進(jìn)一步的，極子天線的輻射頻點(diǎn)為9.5GHz；偶極子天線的長度L＝λ/2＝15mm。

進(jìn)一步的，三維光子晶體材料為氧化鋁陶瓷，晶格常數(shù)為20mm，半徑為6mm，厚度為4個周期，介電常數(shù)為5，球孔內(nèi)為空氣介質(zhì)；三維光子晶體的全帶隙范圍包含頻點(diǎn)9.5GHZ。

進(jìn)一步的，銅導(dǎo)桿的長度是四分之一波長L＝λ/4。

進(jìn)一步的，SMA同軸線轉(zhuǎn)換接頭為標(biāo)準(zhǔn)3.5mmSMA同軸線轉(zhuǎn)換頭。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下技術(shù)效果：

本發(fā)明采用三維光子晶體作為反射基板。與一維二維結(jié)構(gòu)相比，三維光子晶體結(jié)構(gòu)具有完全帶隙，設(shè)計(jì)光子晶體結(jié)構(gòu)的禁帶范圍包含偶極子天線的輻射頻點(diǎn)，在頻率禁帶范圍內(nèi)電磁波將受到束縛，不能向任意方向傳播，因而可抑制沿基底底板介質(zhì)傳播的表面波。天線底板對電磁波的吸收大幅度減少，這樣該頻點(diǎn)的電磁波被大幅度的反射，增加了向自由空間的反射能量，從而提高了天線的輻射增益，能夠在通信領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。另外，基板與偶極子天線沒有固定，可以實(shí)現(xiàn)滿足禁帶范圍內(nèi)的輻射天線的自由組裝，而且經(jīng)濟(jì)實(shí)用，操作簡易。

進(jìn)一步的，三維光子晶體放置在距離偶極子天線λ/4處，這個距離滿足反射天線輻射增益的最大條件。

進(jìn)一步的，電流在兩銅絲的方向相反，從而形成很好的空間輻射。

附圖說明

圖1為三維光子晶體和偶極子天線模型圖；

圖2為三維光子晶體和偶極子天線組裝圖；

圖3為普通偶極子天線的E面輻射圖；

圖4為本發(fā)明一種利用三維光子晶體作為反射基板的偶極子天線的E面輻射圖。

其中：1-偶極子天線；2-三維光子晶體；3-偶極子；4-SMA同軸線轉(zhuǎn)換頭；5-銅絲；6-中心針；7-外壁；8-銅導(dǎo)桿，9-絕緣體。

具體實(shí)施方式

請參閱圖1及圖2所示，本發(fā)明一種利用三維光子晶體作為反射基板的偶極子天線，包括偶極子天線1、偶極子3、SMA同軸線轉(zhuǎn)換頭4和三維光子晶體2；偶極子天線1包括兩根銅導(dǎo)桿，兩根銅導(dǎo)桿間隔固定在絕緣體9上；偶極子3以SMA同軸線轉(zhuǎn)換頭4為饋電接口，以細(xì)銅絲作為天線的偶極子3，用兩段細(xì)銅絲一端分別焊接在SMA同軸線轉(zhuǎn)換頭4的中心針6和外壁7上，另一端分別與偶極子天線1的兩個銅導(dǎo)桿焊接；偶極子天線1的兩根銅導(dǎo)桿分別焊接在SMA同軸線轉(zhuǎn)換頭4的輻射點(diǎn)上；三維光子晶體2為球形金剛石的負(fù)型光子晶體結(jié)構(gòu)。

一種利用三維光子晶體作為反射基板的偶極子天線的制作方法包括以下步驟：

參照圖2：設(shè)計(jì)輻射頻點(diǎn)在9.5GHz的半波長偶極子天線1，則根據(jù)半波長偶極子天線的設(shè)計(jì)原理，偶極子天線1的長度L＝λ/2＝15mm；λ為天線輻射的微波的波長，λ＝30mm。半波長天線的制備簡單，可由實(shí)導(dǎo)線或金屬管制作。購買市場上現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)3.5mm的SMA同軸線轉(zhuǎn)換頭4，以細(xì)銅絲作為天線的偶極子3，長度根據(jù)半波長定義＝15mm，并將兩段銅絲焊接到SMA同軸線轉(zhuǎn)換頭4的中心針6和外壁7和對應(yīng)的銅管之間。對于三維光子晶體2，根據(jù)天線的輻射頻點(diǎn)設(shè)計(jì)光子晶體的禁帶包含該頻率點(diǎn)。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值，若采用氧化鋁陶瓷材料(實(shí)際的介電常數(shù)約為5)，三維光子晶體2的結(jié)構(gòu)采用球型金剛石的負(fù)型結(jié)構(gòu)，那么設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的晶格常數(shù)為20mm，半徑為6mm。根據(jù)理論和實(shí)驗(yàn)可知，三維光子晶體2與半波長偶極子天線1的距離為λ/4時，反射效率最高。

普通偶極子天線和三維光子晶體偶極子天線的增益對比：

參照圖3和圖4：實(shí)驗(yàn)測試普通偶極子天線和三維光子晶體偶極子天線的E面輻射圖。普通偶極子天線在輻射頻點(diǎn)9.6GHz的E面輻射圖譜顯示，最大增益在-62dB(由于實(shí)際測試存在自由空間損耗，天線的耦合損耗以及其他損耗導(dǎo)致測試結(jié)果在-100dB以下)。而三維光子晶體偶極子天線的最大增益提高了11dB，提高了約12.6倍。用三維光子晶體作為反射基板的偶極子天線的輻射圖曲線更加平滑，原因是光子晶體能夠有效地抑制表面波的傳播。結(jié)果比較說明三維光子晶體的反射基板的全帶隙性能有效的提高了偶極子天線的增益。