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光子带隙结构及其在电磁兼容天线中的应用

2010-04-052870

图5. 通过串联三个光子带隙结构(通过在基片上钻孔而构建起来的)而构建的宽频带滤波器。[5]显示的结果与[6]中估算的结果进行了比较

在电磁兼容中的应用

光子带隙结构在电磁兼容中的应用还不是很广泛。在Rodriguez等人6 的“the possibility of using a PBG to reduce crosstalk in a microstrip line was introduced”一文中,作者证明,如果一条微带线带有能够偶联到附近一条线的已知频率,在无源微带线下使用光子带隙结构可以减少偶联,从而改善有效微带线上的传输(图6)。

图6. [6]所示为光子带隙结构用来减少印刷电路线路之间的偶联。对一系列减少串扰技术的结果进行了对比

同时,光子带隙结构已被研究证明是在微带印刷天线中减少谐波的一种方法。特别是用三维光子带隙结构作为天线的基片。在电磁兼容天线中使用这些结构是一个全新的想法。这些结构在某些频率处不可见,而在其他频率处则表现得像导体(不允许某些频率穿过),所以将它们应用在宽带天线上看起来很有前途。

电磁兼容天线通常是宽频带。设计宽频带天线是个挑战。当修正天线的某些部分来改进性能时,某些其他频率处的性能可能会降低。图7显示了如何将光子带隙结构在某些工作频率处用作波束形成结构而不影响其他频率(它们在此处不可见)。图7中的喇叭天线在一个给定的低频率下工作。随着频率增加,更高阶模会从馈电腔内发射。这些阶模可能不会辐射,或者可能辐射出分裂波束。在馈电腔内放置光子带隙结构可以减少更高阶模,并且在更高频率处允许有效模式,从而在不影响低频率行为的同时提高喇叭天线的带宽。

图7. 光子带隙结构在增加标准喇叭天线频率带宽中的理论应用

光子带隙结构的局限性

和每项技术一样,光子带隙结构也有它们的局限性。虽然二维光子带隙结构很容易构建,三维光子带隙结构却并不容易制造。而且,为了将光子带隙结构有效地用于电磁兼容天线的设计中,需要有天线领域的先验知识。(还有,这可以通过数值模拟获得)。光子带隙结构的另外一个局限性与其尺寸相关。为了有效地阻挡能量的传播,光子带隙结构必须具有“足够大的电大尺寸”(理想情况是无限大)。一个小的光子带隙结构能够减弱传播波,但是却不能完全阻挡其传播。在印刷电路的设计中,光子带隙结构可能会比集总元件构成的滤波器占用更大的面积,这一局限性就显得尤为重要了。

结论

现在的研究工作已经探究了光子带隙结构的基本原理以及对它们的一些应用。该领域还有很多工作需要做,特别是确定能否有效利用这些结构来提高对电磁兼容至关重要的宽频带天线的性能。也对光子带隙结构的某些局限性进行了探究。

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