一種小型多頻帶電磁帶隙結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種小型多頻帶電磁帶隙結(jié)構(gòu)，它包括金屬接地板（10）、介質(zhì)基板（20）、EBG金屬貼片（30）、F形槽（31）和金屬圓柱形過孔（32）。通過在傳統(tǒng)的蘑菇形電磁帶隙結(jié)構(gòu)（CMT-EBG）中刻蝕四個(gè)完全相同且中心對(duì)稱的F形槽，延長等效電流路徑的同時(shí)形成多個(gè)諧振回路，實(shí)現(xiàn)了小型化和多頻帶的綜合設(shè)計(jì)。構(gòu)造相應(yīng)懸浮微帶線仿真模型，通過觀察微帶線傳輸系數(shù)S21，該EBG結(jié)構(gòu)形成了四個(gè)帶隙，且具有尺寸小、帶隙特性優(yōu)異等特點(diǎn)，可以應(yīng)用于多頻帶天線中，有效地改善天線的各項(xiàng)性能。
【專利說明】一種小型多頻帶電磁帶隙結(jié)構(gòu)【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種電磁帶隙(EBG)結(jié)構(gòu)，尤其是一種小型多頻帶電磁帶隙結(jié)構(gòu)。通過在傳統(tǒng)的蘑菇形電磁帶隙結(jié)構(gòu)(CMT-EBG)中刻蝕四個(gè)完全相同且中心對(duì)稱的F形槽，延長等效電流路徑的同時(shí)形成多個(gè)諧振回路，實(shí)現(xiàn)了小型化和多頻帶的綜合設(shè)計(jì)，具有尺寸小、帶隙特性優(yōu)異等特點(diǎn)，可以應(yīng)用于多頻帶天線中，有效地改善天線的各項(xiàng)性能。
【背景技術(shù)】
[0002]電磁帶隙(EBG)結(jié)構(gòu)作為一種特殊的人工周期性電磁材料，已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用于射頻無線通信及其微波天線等領(lǐng)域。如微波電路、天線、雷達(dá)、射頻標(biāo)識(shí)(RFID)和減小手機(jī)SAR等各個(gè)方面。
[0003]EBG結(jié)構(gòu)的頻率帶隙特性可以在一定頻段內(nèi)影響電磁波的傳播而被廣泛應(yīng)用于天線設(shè)計(jì)中:
[0004]頻率帶隙特性可抑制微帶天線的表面波，增加天線耦合到自由空間的輻射功率，提高天線效率；EBG材料還可以降低表面波在襯底邊緣產(chǎn)生的旁瓣和后瓣電平、增加天線的前后比、改善天線方向圖、提高天線增益。
[0005]在陣列天線設(shè)計(jì)中，EBG結(jié)構(gòu)可以減少單元之間的互耦，消除陣列天線的掃描盲區(qū)。
[0006]EBG結(jié)構(gòu)的缺 陷模式可以設(shè)計(jì)高定向性天線，實(shí)現(xiàn)指定方向的波束輻射，提高天線增益。
[0007]雖然EBG結(jié)構(gòu)已被廣泛應(yīng)用于天線設(shè)計(jì)中，由于無線通信系統(tǒng)的高速發(fā)展，對(duì)天線提出了更高的要求如低剖面，小型化，多頻帶，智能化等，而相應(yīng)的EBG結(jié)構(gòu)的研究仍然很薄弱，如多頻帶EBG、小型化EBG等方面，如何兼容多頻帶和小型化的設(shè)計(jì)仍然是一個(gè)難題。因此設(shè)計(jì)一款小型多頻帶EBG結(jié)構(gòu)，可以更有效地應(yīng)用到多頻帶天線中，改善天線的各項(xiàng)性能，具有實(shí)用價(jià)值和應(yīng)用前景。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0008]本實(shí)用新型的目的在于實(shí)現(xiàn)EBG結(jié)構(gòu)小型化和多頻帶的綜合設(shè)計(jì)，從而更好地適應(yīng)天線的快速發(fā)展，改善天線的各項(xiàng)性能。通過在傳統(tǒng)的蘑菇形電磁帶隙結(jié)構(gòu)(CMT-EBG)中刻蝕四個(gè)完全相同且中心對(duì)稱的F形槽，延長等效電流路徑的同時(shí)引入多個(gè)諧振回路，實(shí)現(xiàn)了小型化和多頻化的綜合設(shè)計(jì)。
[0009]本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案是:
[0010]一種小型多頻帶電磁帶隙結(jié)構(gòu)，其特征在于:包括金屬接地板(10)、介質(zhì)基板
(20)、EBG金屬貼片(30)、F形槽(31)和金屬圓柱形過孔(32)，EBG金屬貼片(30)和金屬接地板(10)分別位于介質(zhì)基板(20)的上下表面，F(xiàn)形槽(31)刻蝕在EBG金屬貼片(30)上，而金屬圓柱形過孔(32)垂直貫穿于金屬接地板(10)、介質(zhì)基板(20)和EBG金屬貼片
(30)。[0011]所述的一種小型多頻帶電磁帶隙結(jié)構(gòu)，其特征在于:EBG金屬貼片(30)是正方形，金屬圓柱形過孔(32)位于EBG結(jié)構(gòu)單元中心。
[0012]所述的一種小型多頻帶電磁帶隙結(jié)構(gòu)，其特征在于:在EBG金屬貼片(30)上刻蝕了四個(gè)結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)完全相同F(xiàn)形槽(31);四個(gè)F形槽(31)關(guān)于EBG單元中心對(duì)稱分布，任何一個(gè)F形槽沿中心分別旋轉(zhuǎn)90度、180度和270度都可得到其它三個(gè)F形槽。
[0013]本實(shí)用新型相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)具有如下的優(yōu)點(diǎn)及特性:
[0014](I)相比于蘑菇形電磁帶隙(CMT-EBG)結(jié)構(gòu)尺寸小，第一帶隙頻率諧振點(diǎn)(1.43GHz)比相同尺寸參數(shù)的CMT-EBG結(jié)構(gòu)帶隙頻率諧振點(diǎn)(2.4GHz)減小了 40.4%。
[0015](2)在L 43GHz, 3.54GHz,5GHz和?.28GHz附近產(chǎn)生了四個(gè)帶隙。實(shí)現(xiàn)了小型化和多頻帶的綜合設(shè)計(jì)。
[0016](3)帶隙特性良好，四個(gè)帶隙傳輸系數(shù)都在_30dB以下，最大可達(dá)到-69.7dB，最大帶隙寬帶達(dá)到1.24GHz，相對(duì)帶寬達(dá)到16.4%。
[0017](4)結(jié)構(gòu)簡單 ，易于與微波電路集成，可更好地應(yīng)用到天線設(shè)計(jì)中，改善天線的性倉泛。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1是EBG基本結(jié)構(gòu)俯視圖；
[0019]圖2是EBG懸浮微帶線仿真模型主視圖；
[0020]圖3是EBG懸浮微帶線仿真模型俯視圖；
[0021]圖4是懸浮微帶線傳輸系數(shù)S21仿真結(jié)果圖；
【具體實(shí)施方式】
[0022]下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的描述。
[0023]如圖1所示，一種小型多頻帶電磁帶隙結(jié)構(gòu)，包括金屬接地板(10)、介質(zhì)基板
(20)、EBG金屬貼片(30)、F形槽(31)和金屬圓柱形過孔(32)。其中金屬接地板(10)、介質(zhì)基板(20)和EBG金屬貼片(30)都為正方形，金屬接地板(10)邊長為Wtl = 13mm，介質(zhì)基板(20)的尺寸為13mm*13mm*0.8mm，EBG金屬貼片(30)略小，尺寸為12mm*12mm，EBG金屬貼片(30)邊緣距離介質(zhì)基板(20)邊緣的距離為0.5mm。
[0024]本實(shí)用新型的電磁帶隙結(jié)構(gòu)，介質(zhì)基板(20)的相對(duì)介電常數(shù)為4.4，高度為h =0.8mm，加工成本低，易于與普通印刷電路板集成。
[0025]金屬圓柱形過孔(32)貫穿于EBG金屬貼片(30)、介質(zhì)基板(20)和金屬接地板
(10)之間，且位于EBG單元中心，半徑為0.3mm。
[0026]EBG金屬貼片(30)上刻蝕了四個(gè)結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)完全相同的F形槽(31)。四個(gè)F形槽(31)關(guān)于EBG單元中心對(duì)稱分布，呈螺旋狀，任何一個(gè)F形槽分別沿中心旋轉(zhuǎn)90度、180度和270度都可得到其他三個(gè)F形槽。
[0027]如圖2，圖3所示，為了觀察該實(shí)用新型EBG結(jié)構(gòu)的帶隙特性，構(gòu)造了懸浮微帶線仿真模型，EBG結(jié)構(gòu)置于懸浮微帶線(40)和金屬接地板(10)之間，形成“三明治”結(jié)構(gòu)，懸浮微帶線(40)刻蝕在支撐介質(zhì)(21)上，觀察懸浮微帶線(40)的傳輸系數(shù)S21。支撐介質(zhì)
(21)可以與EBG結(jié)構(gòu)的介質(zhì)基板(20)相同，也可以不同，懸浮微帶線(40)與EBG結(jié)構(gòu)形成強(qiáng)耦合，減小了其他寄生傳播模式的影響，能夠清楚地顯示EBG結(jié)構(gòu)的帶隙特性。
[0028]懸浮微帶線仿真模型，包括金屬接地板(10)、介質(zhì)基板(20)、支撐介質(zhì)(21)、四個(gè)完全相同的EBG金屬貼片(30)、金屬圓柱形過孔(31)和懸浮微帶線(40)。尺寸大小為4W0*WQ*2h，即 52mm*13mm*l.6mm。
[0029]四個(gè)完全相同的EBG結(jié)構(gòu)平行排列，位于底層。上層支撐介質(zhì)(21)和介質(zhì)基板
(20)選擇相同的介質(zhì)材料，且高度都為0.8mm。最頂層懸浮微帶線(40)為50歐姆微帶線，尺寸為 52mm*3.2mm。
[0030]如圖1，圖2所示，這里從EBG結(jié)構(gòu)的簡易等效電路模型來分析，該實(shí)用新型EBG結(jié)構(gòu)小型化和多頻帶的形成原理。
[0031]如圖2所示，當(dāng)通過50歐姆饋線(31)向懸浮微帶線(40)饋電時(shí)，鄰近的兩個(gè)EBG金屬貼片(30)相互耦合，異性電荷在貼片邊緣聚集，形成平行于表面的電壓，可以用等效電容C1來表征。由于異性電荷需要中和，因此沿EBG金屬貼片(30)表面，圓柱形金屬過孔
[31]、金屬接地板(10)流動(dòng)，形成電流回路，可以用等效電感L1來表征，從而形成了一個(gè)并聯(lián)LC諧振回路，形成第一個(gè)帶隙。
[0032]如圖1所示，由于F形槽(31)的刻蝕，金屬貼片形成螺旋狀，每條槽兩邊聚集異性電荷，可以用等效電容(:2、(:3、(；來表征。異性電荷需要中和，因此沿EBG金屬貼片(30)表面，圓柱形金屬過孔(31)、金屬接地板(10)流動(dòng),形成電流回路,可以用等效電感L2、L3、L4來表征，從而形成三個(gè)并聯(lián)LC諧振回路，分別形成第二、第三、第四個(gè)帶隙。
[0033]如圖1所示，由于F形槽(31)的刻蝕，EBG金屬貼片(30)形成螺旋狀，與同尺寸的CMT-EBG結(jié)構(gòu)相比，第一帶隙的等效電流路徑被延長，等效電感L1增大，第一諧振頻率降低，尺寸大大減小。
[0034]如圖1,圖2,圖3所示，EBG結(jié)構(gòu)的具體結(jié)構(gòu)尺寸為:WQ = 13mm, L0 = 52mm, W1 =0.6mm，W2 = 0.6mm，W3 = 0.5mm，W4 = 0.5mm，g1 = 0.5mm，g2 = 0.4mm，g3 = 0.5mm，h =0.8mm，r = 0.3mm，g = 0.5mm，Wf = 3.2mm。
[0035]如圖4所示，為懸浮微帶線S21仿真結(jié)果圖，可以明顯看到在0-9GHz的頻率范圍內(nèi)形成了四個(gè)帶隙，頻率諧振點(diǎn)分別為1.43GHz, 3.54GHz，5GHz和7.28GHz。第一帶隙頻率諧振點(diǎn)比同尺寸同模型的CMT-EBG結(jié)構(gòu)的帶隙頻率諧振點(diǎn)(2.49GHz)小40.4%，第一帶隙的-1OdB頻率范圍為1.42GHz-l.52GHz，相對(duì)帶寬為6.8%,S21最低點(diǎn)達(dá)到_31dB。第二帶隙的-1OdB頻率范圍為3.42GHz-3.78GHz，相對(duì)帶寬為10%，S21最低點(diǎn)達(dá)到-60.8dB。第三帶隙的-1OdB頻率范圍為4.86GHz-5.19GHz，相對(duì)帶寬為6.6%, S21最低點(diǎn)達(dá)到-39.5dB。第四帶隙的-1OdB頻率范圍為6.95GHz-8.20GHz，相對(duì)帶寬為16.4%。本實(shí)用新型EBG結(jié)構(gòu)，尺寸小，帶隙特性良好，可用于多頻帶天線中，有效地改善天線的各項(xiàng)性能。
【權(quán)利要求】
1.一種小型多頻帶電磁帶隙結(jié)構(gòu)，其特征在于:包括金屬接地板(10)、介質(zhì)基板(20)、EBG金屬貼片(30)、F形槽(31)和金屬圓柱形過孔(32)，EBG金屬貼片(30)和金屬接地板(10)分別位于介質(zhì)基板(20)的上下表面，F(xiàn)形槽(31)刻蝕在EBG金屬貼片(30)上，而金屬圓柱形過孔(32)垂直貫穿于金屬接地板(10)、介質(zhì)基板(20)和EBG金屬貼片(30)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種小型多頻帶電磁帶隙結(jié)構(gòu)，其特征在于:EBG金屬貼片(30)是正方形，金屬圓柱形過孔(32)位于EBG結(jié)構(gòu)單元中心。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種小型多頻帶電磁帶隙結(jié)構(gòu)，其特征在于:在EBG金屬貼片(30)上刻蝕了四個(gè)結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)完全相同F(xiàn)形槽(31);四個(gè)F形槽(31)關(guān)于EBG單元中心對(duì)稱分布，任何一個(gè)F形槽沿中心分別旋轉(zhuǎn)90度、180度和270度都可得到其它三個(gè)F形槽。
【文檔編號(hào)】H01Q1/38GK203760653SQ201320782088
【公開日】2014年8月6日 申請(qǐng)日期:2013年11月27日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月27日
【發(fā)明者】張道亮, 劉雷, 金佳佳 申請(qǐng)人:哈爾濱飛羽科技有限公司