频率可调定向辐射天线制造技术

本发明专利技术公开了一种频率可调定向辐射天线，包括设有多个通孔的基材，由多个软磁铁氧体柱组成的周期性阵列结构的磁性光子晶体，以及线源，每个软磁铁氧体柱置于一个通孔中，沿铁氧体柱轴向外加偏置磁场，线源位于光子晶体的正中间位置；基材的上表面和下表面分别设有金属盖板，并且在背向辐射方向的光子晶体一侧覆盖有铝箔，软磁铁氧体柱的两端紧贴金属盖板。本发明专利技术的定向辐射天线具有频带宽，定向辐射性能好等特性，同时还有结构简单、加工容易、成本低廉、易于实现等优势。

【技术实现步骤摘要】
频率可调定向辐射天线
本专利技术涉及一种天线，具体是一种定向辐射天线，更具体是一种频率可调的磁性 光子晶体定向福射天线。
技术介绍
天线是在无线电设备中用来发射或接收电磁波的部件。在无线电通信、广播、电 视、雷达、导航、电子对抗、遥感、射电天文等工程系统中，凡是利用电磁波来传递信息的，都 要依靠天线进行工作。此外，天线也应用于非信号传递，如无线能量传输量等。 现代通信系统中往往具有多个天线，天线之间的电磁兼容问题日益突出。为了解 决这一问题，人们提出可重构天线的概念，即利用一套天线实现多套天线的功能。在可重构 天线中，频率可调的天线是人们关注的焦点之一。通过改变天线的工作状态，可以使得天线 在不同的工作频率之间切换或连续可调。然而，现有技术实现的频率可调天线，其方向性不 高，频率调节范围有限，不能满足高定向性频率可调天线应用的要求。
技术实现思路
专利技术目的：针对上述现有技术存在的问题和不足，本专利技术的目的是提供一种结构 简单、实现方便的高性能频率可调定向辐射天线。 技术方案：为实现上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案为： 一种频率可调定向辐射天线，包括：设有多个通孔的基材，由多个软磁铁氧体柱组成的 周期性阵列结构的磁性光子晶体，以及线源，每个软磁铁氧体柱置于一个通孔中，沿铁氧体 柱轴向外加偏置磁场，线源位于光子晶体的正中间位置；所述基材的上表面和下表面分别 设有金属盖板，并且在背向辐射方向的光子晶体一侧覆盖有铝箔，软磁铁氧体柱的两端紧 贴金属盖板。 进一步的，所述软磁铁氧体的典型材料为镁锰铁氧体、钇铁石榴石铁氧体或镍锌 铁氧体中的一种。 进一步的，所述软磁铁氧体的形状为柱状，典型为圆柱体。 进一步的，所述多个软磁铁氧体构成规则阵列，典型为矩形的阵列。 进一步的，所述线源与软磁铁氧体柱的轴向平行。 进一步的，所述基材的介电常数介于1. 05-1. 1之间。 进一步的，所述基材的材料为泡沫、尼龙或有机玻璃中的一种。 进一步的，所述基材的形状为矩形。 天线的工作频率取决于光子晶体的结构参数和外加偏置磁场的大小，需根据天线 的具体要求进行设计。天线的定向辐射特性随磁性光子晶体的尺寸增加而逐步提高。当尺 寸增加到一定大小时，定向辐射特性趋于保持不变。 工作原理：带隙是光子晶体独特的能带结构。将工作频率设置在磁性光子晶体带 隙的边界频率处，使得电磁波在工作频率下只能从某一特定方向通过光子晶体，而其余方 向均被截止。将此特性应用于天线设计中，可以使天线定向福射性能大大提高，形成高定向 性天线。调整外加偏置磁场的大小，可以改变磁性光子晶体边界的频率，从而改变定向辐射 天线的工作频率。因此，基于磁性光子晶体辐射天线具有高定向性和较宽的工作带宽。 有益效果：本专利技术提出一种由软磁铁氧体构成的磁性光子晶体频率可调定向辐射 天线。这种定向辐射天线不仅具有频带宽，方向性高，半功率点宽度小等优点，而且还有结 构简单、加工容易、成本低廉、易于实现等优势。通过改变光子晶体的阵列大小可以改变定 向辐射的性能，通过改变外加偏置磁场的大小可以调整其工作频率。 【附图说明】 图1为本专利技术的结构示意图。 图1中，1 :线源，2 :铝箔，3、5 :金属盖板，4 :软磁铁氧体。 图2为本专利技术的光子晶体的截面结构示意图。 图3为本专利技术的能带结构仿真结果图。 图4为本专利技术天线的远场辐射仿真结果图。 图5为外加磁场对定向辐射天线工作频率和性能的影响的趋势图。 图6为光子晶体大小尺寸对定向辐射天线性能的影响的趋势图。 图7为本专利技术的实验测量及仿真对比的远场辐射与频率可调特性结果图。 【具体实施方式】 下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本专利技术，应理解这些实施例仅用于说明 本专利技术而不用于限制本专利技术的范围，在阅读了本专利技术之后，本领域技术人员对本专利技术的各 种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。 如图1所示，本专利技术实施例的频率可调定向辐射天线，主要包括一个由多个个软 磁铁氧体4圆柱(简称磁性圆柱）构成的磁性光子晶体，矩形基材（图中未示出）和线源 1，利用软磁铁氧体的带隙，其材料可以是镁锰铁氧体、钇铁石榴石铁氧体、镍锌铁氧体等， 基材可选用泡沫、有机玻璃、尼龙等，基材上设有与软磁铁氧体4圆柱匹配的通孔，软磁铁 氧体4圆柱位于基材的通孔中，线源1位于光子晶体正中央位置，与铁氧体的轴向平行，沿 铁氧体轴向加偏置磁场，基材的上表面和下表面分别设有金属盖板（3, 5)，为实现单向福 射，基材在背向辐射方向的光子晶体一侧覆盖有铝箔2。如图2所示，磁性光子晶体为矩形 点阵，dx，dy分别为沿矩形两边的晶格常数，r为镁锰软磁铁氧体圆柱的半径。本实施例 的具体实例中，dx=6mm，dy=6. 5mm，r=2mm，铁氧体采用镁猛铁氧体，基材采用介电常数介于 1. 05-1. 1之间的泡沫材料，镁锰铁氧体圆柱的高度是10mm与泡沫基材的厚度一样。镁锰软 磁铁氧体材料的介电常数为12. 2 (1-j 0. 006)，其中j表示虚数，它在微波段基本上为一个 常数。外加偏置磁场的调节范围为300 0e-2500 0e，在这一磁场范围内，天线有较好的定向 辐射效果。 图3示出了磁性光子晶体能带结构仿真示意图。结果表明，对于 长方晶格（dx=6mm, dy=6. 5mm)光子晶体带隙上边界频率附近只存在一个沿 DC方向的允许传播通道。当外加磁场分别为300 0e和1000 0e时，其带隙上边界频率从 12. 22GHz上升为12. 68GHz，说明改变磁场能够调节天线定向辐射的频率。 图4示出了天线的远场辐射仿真结果图。磁性光子晶体阵列大小为26X26,有一 线源在光子晶体的正中间，外加偏置磁场为300 0e，工作频率为12.22GHz。为实现单向辐 射，在背向辐射方向的光子晶体一侧覆盖上铝箔。结果表明电磁波沿y方向传播，能量很集 中，有良好的平面波波阵面，没有副瓣。进一步计算结果表明，天线的方向性系数约为31，半 功率点宽度均为约11. 3\ 图5示出了外加磁场对定向辐射天线工作频率和性能的影响。保持阵列大小、晶 格常数、铁氧体材质及形状、线源不变，外加偏置磁场由300 0e变化至3600 0e。可以看到， 随着外加偏置磁场的变化，其工作频率从12. 22GHz变到16GHz，随着外加磁场的升高而稳 步升高。同时，其方向性系数从约31逐步升至35,在外加磁场约为2500 0e处到达峰值，之 后迅速衰落。其半功率点宽度从11. 30逐步降低至&左右，在外加磁场约为2500 0e处到 达最低，之后迅速上升。可以看到，该天线的工作频率的变化范围远超出传统的光子晶体构 成的天线。外加偏置磁场的升高会对天线的性能有所提高，但是过高的外加偏置磁场则会 破坏天线的性能。 图6示出了光子晶体大小尺寸对定向辐射天线性能的影响。保持晶格常数、铁氧 体材质及形状、线源不变，外加偏置磁场为300 0e。当保持行数为26时，列数由低到高增 力口，其方向性系数会随之增加，增加速度逐渐减慢，直到列数约为40以后，继续增加列数对 性能无明显影响，达到一本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种频率可调定向辐射天线，其特征在于，包括：设有多个通孔的基材，由多个软磁铁氧体柱组成的周期性阵列结构的磁性光子晶体，以及线源，每个软磁铁氧体柱置于一个通孔中，沿铁氧体柱轴向外加偏置磁场，线源位于光子晶体的正中间位置；所述基材的上表面和下表面分别设有金属盖板，并且在背向辐射方向的光子晶体一侧覆盖有铝箔，软磁铁氧体柱的两端紧贴金属盖板。

【技术特征摘要】
1. 一种频率可调定向辐射天线，其特征在于，包括：设有多个通孔的基材，由多个软磁 铁氧体柱组成的周期性阵列结构的磁性光子晶体，以及线源，每个软磁铁氧体柱置于一个 通孔中，沿铁氧体柱轴向外加偏置磁场，线源位于光子晶体的正中间位置；所述基材的上表 面和下表面分别设有金属盖板，并且在背向辐射方向的光子晶体一侧覆盖有铝箔，软磁铁 氧体柱的两端紧贴金属盖板。2. 根据权利要求1所述定向辐射天线，其特征在于，所述软磁铁氧体柱的材料为镁锰 铁氧体、钇铁石榴石铁氧体或镍锌铁氧体中的一种。3. 根据权利要求1所述定向...

【专利技术属性】
技术研发人员：撒忠昊，伍瑞新，
申请(专利权)人：南京大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32