CN1866612A - 高介微波复合功能材料在天线上的应用方法 - Google Patents

高介微波复合功能材料在天线上的应用方法 Download PDF

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Abstract

一种高介微波复合功能材料在天线上的应用方法，所述高介微波复合功能材料采用组分为Sr1－xBaxTiO3 (X＝0.05～0.95)的高介微波陶瓷材料，在其表面制备周期性电磁带隙结构，这种带周期性电磁带隙结构的高介微波复合功能材料既可用作各种天线的基板材料，同时也可作天线的辐射介质使用。本发明为天线制造提供了一种新型、性能优秀的材料和应用方法。不但解决了Sr1－xBaxTiO3 (X＝0.05～0.95)不能运用于天线中的技术问题，而且通过与周期性电磁禁带结构结合制造的天线，在实现小型化的同时，确保有较高的幅射效率与增益。在GPS(频率f＝1.575GHz)，2G PCS(频率f＝1.8GHz)，3G PCS(频率f＝1.7～2.1GHz)、802.11蓝牙通信(频率f＝2.4～2.5GHz)以及802.16 WIMAX(频率f＝3.4～3.53GHz)等无线通信领域具有广泛的应用前景。

Description

高介微波复合功能材料在天线上的应用方法
技术领域
本发明涉及一种高介微波复合功能材料在天线上的应用方法，特别涉及组分为Sr1-xBaxTiO3(X＝0.05～0.95)的高介微波陶瓷材料在天线上的应用方法。
背景技术
通信技术的飞速发展，对通信器件的小型化、集成度的要求日益提高。具有高介电常数，高热稳定性、低损耗的微波陶瓷材料因可满足通信元器件小型化与集成度的要求，在各种通信元器件中的应用越来越广。电磁禁带结构材料(Electromagnetic Bandgap，(EBG))，又称光子禁带材料(Phototic Bandgap，PBG)或光子晶体，是二十世纪八十年代末提出的新概念与新材料，它是由不同介电常数的材料通过周期性排列或在常规介电材料中引入人工周期性结构而形成的新型的复合功能材料。由于周期性电磁带隙结构的存在使电磁波在某一特定的频率禁带内不能传播。在高介微波陶瓷材料中引入光子晶体技术，在保证元器件小型化与集成度要求的同时，可大大改善高介材料微波元件所存在的效率与带宽方面的不足，全面提升产品的质量。如对天线而言，可大大提高其增益，辐射效率与带宽；对滤波器而言可提高其带宽与频响特性；对谐振器而言，可提高其Q值(品质因子)。总之，我们采用高介微波陶瓷材料与光子晶体技术开发的这种新型高介复合功能材料，在对产品小型化、集成度、通信带宽与增益等要求日益提高的现代通信技术中有广泛的应用前景。
组分为Sr1-xBaxTiO3(X＝0.05～0.95)的高介微波陶瓷材料是一普通的铁电材料，它可以通过标准陶瓷制备工艺制备。其相对介电常数为200～1200，损耗角tanδ＝101-2～10-3。而且其介电常数的值可通过调节锶钡比的值X而大幅度改变，这种材料高介、低损耗的这一特点使其在移相器，变容器等微波元器件中已获得广泛应用。但对天线应用而言，随着介电常数的提高，表面波损耗不断增大，天线的辐射效率也越来越差，而且带宽也比较窄，因此这种材料在天线中难以应用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高介微波复合功能材料在天线上的应用方法，利用周期性电磁带隙结构能够使电磁波在某一特定的频率禁带内不能传播的特性，使得高介微波复合功能材料能够充分发挥其高介电性能。
为达上述目的，本发明采用如下技术方案，
一种高介微波复合功能材料在天线上的应用，所述高介微波复合功能材料采用组分为Sr1-xBaxTiO3(X＝0.05～0.95)的高介微波陶瓷材料，在其表面设有周期性电磁带隙结构，这种带周期性电磁带隙结构的高介微波复合功能材料既可用作各种天线的基板材料，同时也可作天线的辐射介质使用。
本发明中，陶瓷表面的周期性电磁禁带结构可以采用标准光刻工艺制备或化学电镀方法制备。金属可选用铜，银，铝，金等。
作为本发明的再一种优选方式，所述电磁禁带结构为多个正方形单胞组成的平面结构，所述单胞由设置于单胞中部互相垂直的两弯曲导线和被所述导线分隔开的四个导电块组成，所述导线和导电块在单胞中部互联，相邻两个单胞之间由细缝分隔并通过所述导线互联。
作为本发明的再一种优选方式，所述电磁禁带结构为多个正方形单胞组成的平面结构，所述单胞边缘设有四条平行于单胞四条边的空白条，所述单胞中部设有两根互相垂直并互联的一个周期的方波形空白带，每一所述空白带的两端分别与两所述空白条的中部连通，所述单胞结构除空白条与空白带之外的部分为导电块。
作为本发明的再一种优选方式，所述电磁禁带结构为多个正方形单胞组成的平面结构，所述单胞边缘设有四条平行于单胞四条边的导电条，所述单胞中部设有两根互相垂直并互联的一个周期的方波形导电带，每一所述导电带的两端分别与两所述导电条的中部连通。
作为本发明的再一种优选方式，所述电磁禁带结构为多个正六边形单胞组成的平面结构，所述单胞由设置于单胞中部垂直于单胞三组平行对边的三条导线和被所述三条导线分隔开的六个导电块组成，所述导线和导电块在单胞中部互联，相邻两个单胞之间由细缝分隔并通过所述导线互联。
作为本发明的再一种优选方式，所述电磁禁带结构为多个正六边形单胞组成的平面结构，所述单胞由设置于单胞中部垂直于单胞三组平行对边的三条导线和设置于所述单胞三组平行对边边缘的六个导电条组成，所述三条导线在单胞中部互联，每一所述导线的两端为别与所述导电条的中部相联，相邻两个单胞之间由细缝分隔并通过所述导线互联。
本发明为天线制造提供了一种新型、性能优秀的材料和应用方法。不但解决了Sr1-xBaxTiO3(X＝0.05～0.95)不能运用于天线中的技术问题，而且通过与周期性电磁禁带结构结合制造的天线，在实现小型化的同时，确保有较高的幅射效率与增益。在GPS(频率f＝1.575GHz)，2GPCS(频率f＝1.8GHz)，3G PCS(频率f＝1.7～2.1GHz)、802.11蓝牙通信(频率f＝2.4～2.5GHz)以及802.16WIMAX(频率f＝3.4～3.53GHz)等无线通信领域具有广泛的应用前景。
附图说明
图1为本发明实施例一天线结构示意图
图2为图1实施例一电磁带隙结构一个半单胞结构示意图
图3为实施例二电磁带隙结构示意图
图4为实施例三电磁带隙结构示意图
图5为实施例四电磁带隙结构示意图
图6为实施例四电磁带隙结构单胞示意图
图7为实施例五电磁带隙结构示意图
图8为实施例五电磁带隙结构单胞示意图
图9至图11为天线应用频率图
具体实施方式
实施例一
如图1所示，一种高介微波复合功能材料在天线上的应用方法，所述高介微波复合功能材料采用组分为Sr1-xBaxTiO3的高介微波陶瓷材料。以该高介微波陶瓷材料为介质，通过标准光刻工艺或化学电镀方法在该介质表面设有周期性电磁带隙结构，图中电磁带隙结构可采用金属铜、银、铝或金等材质。如图2所示，所述电磁禁带结构2为多个正方形单胞组成的平面结构，所述单胞由设置于单胞中部互相垂直的两弯曲导线22和被所述导线22分隔开的四个导电块21组成，所述导线22和导电块21在单胞中部互联，相邻两个单胞之间由细缝分隔并通过所述导线22互联。通过调节图2中单胞a、b、w、s各几何尺寸的大小，实现调控复合功能材料的禁带频率及宽度。实施例二至四调控复合功能材料的禁带频率及宽度原理相同。因此略去相关描述，仅标示电磁禁带结构。
图1中在高介微波陶瓷材料介质1表面制备有EBG花样2，在其背面为金属地板(图中未示)，EBG花样2及金属地板均采用铜，通过调节图2单胞中a、b、w、s各几何尺寸的大小，获得图9至图11的天线材料性能。
图9中，a＝1500微米，w＝s＝30微米，b＝600微米。此高介微波复合材料禁带可满足GPS(频率f＝1.575GHz)，2G PCS(频率f＝1.8GHz)天线应用要求。
图10中，a＝1000微米，w＝s＝25微米，b＝375微米。此高介微波复合材料禁带可满足2G或3G PCS(频率f＝1.7～2.1GHz)，802.11b蓝牙(频率f＝2.4～2.5GHz)应用要求。
图11中，a＝800微米，w＝s＝20微米，b＝300微米，此高介微波复合材料禁带可满足802.16WIMAX天线(频率f＝3.4～3.53GHz)应用要求。
实施例二
如图3所示，所述电磁禁带结构为多个正方形单胞组成的平面结构，所述单胞边缘设有四条平行于单胞四条边的空白条，所述单胞中部设有两根互相垂直并互联的一个周期的方波形空白带，每一所述空白带的两端分别与两所述空白条的中部连通，所述单胞结构除空白条与空白带之外的部分为导电块。
实施例三
如图4所示，所述电磁禁带结构为多个正方形单胞组成的平面结构，所述单胞边缘设有四条平行于单胞四条边的导电条，所述单胞中部设有两根互相垂直并互联的一个周期的方波形导电带，每一所述导电带的两端分别与两所述导电条的中部连通。
实施例四
如图5、图6所示，所述电磁禁带结构为多个正六边形单胞组成的平面结构，所述单胞由设置于单胞中部垂直于单胞三组平行对边的三条导线和被所述三条导线分隔开的六个导电块组成，所述导线和导电块在单胞中部互联，相邻两个单胞之间由细缝分隔并通过所述导线互联。
实施例五
如图7、图8所示，所述电磁禁带结构为多个正六边形单胞组成的平面结构，所述单胞由设置于单胞中部垂直于单胞三组平行对边的三条导线和设置于所述单胞三组平行对边边缘的六个导电条组成，所述三条导线在单胞中部互联，每一所述导线的两端为别与所述导电条的中部相联，相邻两个单胞之间由细缝分隔并通过所述导线互联。

Claims (7)

1、一种高介微波复合功能材料在天线上的应用方法，以组分为Sr1-xBaxTiO3的高介微波陶瓷材料为介质，在其表面制备周期性电磁带隙结构，其中X等于0.05～0.95。
2、根据权利要求1所述的高介微波复合功能材料在天线上的应用方法，其特征在于：所述电磁禁带结构为多个正方形单胞组成的平面结构，所述单胞由设置于单胞中部互相垂直的两弯曲导线和被所述导线分隔开的四个导电块组成，所述导线和导电块在单胞中部互联，相邻两个单胞之间由细缝分隔并通过所述导线互联。
3、根据权利要求1所述的高介微波复合功能材料在天线上的应用方法，其特征在于：所述电磁禁带结构为多个正方形单胞组成的平面结构，所述单胞边缘设有四条平行于单胞四条边的空白条，所述单胞中部设有两根互相垂直并互联的一个周期的方波形空白带，每一所述空白带的两端分别与两所述空白条的中部连通，所述单胞结构除空白条与空白带之外的部分为导电块。
4、根据权利要求1所述的高介微波复合功能材料在天线上的应用方法，其特征在于：所述电磁禁带结构为多个正方形单胞组成的平面结构，所述单胞边缘设有四条平行于单胞四条边的导电条，所述单胞中部设有两根互相垂直并互联的一个周期的方波形导电带，每一所述导电带的两端分别与两所述导电条的中部连通。
5、根据权利要求1所述的高介微波复合功能材料在天线上的应用方法，其特征在于：所述电磁禁带结构为多个正六边形单胞组成的平面结构，所述单胞由设置于单胞中部垂直于单胞三组平行对边的三条导线和被所述三条导线分隔开的六个导电块组成，所述导线和导电块在单胞中部互联，相邻两个单胞之间由细缝分隔并通过所述导线互联。
6、根据权利要求1所述的高介微波复合功能材料在天线上的应用方法，其特征在于：所述电磁禁带结构为多个正六边形单胞组成的平面结构，所述单胞由设置于单胞中部垂直于单胞三组平行对边的三条导线和设置于所述单胞三组平行对边边缘的六个导电条组成，所述三条导线在单胞中部互联，每一所述导线的两端为别与所述导电条的中部相联，相邻两个单胞之间由细缝分隔并通过所述导线互联。
7、根据权利要求1或2所述的高介微波复合功能材料在天线上的应用方法，其特征在于：所述陶瓷表面的周期性电磁禁带结构采用标准光刻工艺制备或化学电镀方法制备，所述金属选自铜、银、铝或金。
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