[发明专利]一种面向超宽带天线的交叉型H-型槽分形UC-EBG结构及其设计方法

说明书

技术领域

本发明提供一种面向超宽带天线的共面紧凑型电磁带隙(Uniplanar Compact Electromagnetic Band Gap，UC-EBG)结构及其设计方法，属于电磁传播与接收的技术领域。

背景技术

1.UC-EBG结构的优点

EBG结构是一种具有频率带隙的周期电磁结构，根据结构特性主要可以分为四类：接地板缺陷型，基地打孔型，高阻抗表面型，共面紧凑型(UC-EBG)。其中UC-EBG结构相比其它三种具有很多优势：

(1)与接地板缺陷型相比，UC-EBG具有更紧凑的特性；

(2)与基地打孔型相比，UC-EBG不需要在介质基板上打孔(打孔会降低结构的机械强度)，只需在接地金属板上蚀刻出周期结构；

(3)与高阻表面EBG结构相比，UC-EBG表面没有通过金属棒与接地板连接起来，因而加工简单，成本低；

(4)它依靠本身的结构来实现带阻特性，在电路的集成性、重量及成本上具有不可代替的优势。

2.UC-EBG结构的应用前景

当今社会正处于信息时代，人们对通信的要求越来越高。随着移动通信系统在容量和质量上的不断升级，再加上空间电子技术的飞速发展，势必将带动用于通讯终端设备的电子元器件的同步发展，为开发新器件提供了空前的机遇。新型的电子元器件将较大地改善现有器件的性能，甚至取代它们。其中EBG结构，由于其在一定的频带内具有抑制表面波、能实现同相反射等特性，可以改善器件的功率效率、提高器件品质因素、改变相位特性等作用，因而在提高微波器件的性能方面脱颖而出，成为微波领域中的一个研究热点，尤其是在提高微波电路及天线性能方面，EBG结构具有巨大的应用价值。

如前所述，由于UC-EBG结构相比其他三种类型的EBG结构具有结构紧凑，形式灵活、便于通过集成工艺方便地实现等优势，必将在移动通信、卫星通信、航空航天等众多领域发挥它的作用。目前UC-EBG结构主要涉及滤波器、混合器、谐振器、高效放大器、谐波抑制器、高性能微波天线等等。尤其是对其在改善天线性能方面研究，一直是热点，国内外在这方面取得了一系列成果：Roberto等人将UC-EBG结构用作贴片天线的衬底，可以在保持交叉极化不变的情况下，将天线的增益提高3dB(文献1，Roberto Coccioli，Fei-Ran Yang，Kuang-Ping Ma and Tatsuo Itoh，Aperture-coupled patch antenna on UC-EBG substrate，IEEE Transaction on Microwave Theory and Techniques，Vol.47，No.11，pp.2123-2130.Nov.1999)。Dalia Nashaat等人将UC-EBG结构用于阵列天线，可以在方向图满足要求的情况下，提高天线阵列的增益，减小天线阵列的尺寸(文献2，Dalia Nashaat，Hala A.Elsadek，Esmat A.Abdallah，Magdy F.Iskander，and Hadia M.EI Hennawy.Ultrawide Bandwidth 2×2 Microstrip Patch Array Antenna Using Electromagnetic Band-Gap Structure(EBG).IEEE Transaction on Antennas and Propagtion，Vol.59，No.5，May 2011)。将UC-EBG结构用于天线阵列可以减小天线单元之间的互耦，提高天线的性能等(文献3，Hossein Sarbandi Farhani，Mehdi Veysi，Manouchehr Kamyab，and Alireza Tadjalli.Mutual Coupling Reduction in Patch Antenna Arrays Using a UC-EBG Supersubstrate.IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters，Vol.9.pp.57-59.2010)。

3.宽带UC-EBG结构的实现方法