[发明专利]一种单平面紧凑型电磁带隙结构

说明书

技术领域

本发明属于物理电磁学技术领域，具体来说是一种能应用于微波器件集成的慢波地面结构。

背景技术

PBG结构(photonic bandgap structure,光子带隙结构)在无线传输系统，特别是微波和毫米波频段的电磁导波系统和天线系统中得到了越来越广泛的应用。该结构被用来改善天线性能，增加功率放大器的效率和输出功率，宽带吸收器以及频率选择表面等。

PBG结构由介质基板和金属周期性回路构成，目前大部分PBG结构用PCB板加工实现。利用PCB板加工实现的PBG结构主要有立体结构和表面结构两个大类，其中表面结构只对PCB板表面的金属结构进行加工。其加工工艺简单，造价低廉，结构紧凑，具有非常高的工程实用价值。目前典型的PBG结构主要通过对单元整体结构的改变来实现不同的应用频段，本发明提出的PBG周期性结构不但具有更好地带外抑制效果，并且能够通过对寄生贴片的微调实现对应用频带的微小调整。

发明内容

技术问题：设计一种新型的平面电磁带隙结构，实现更好的通带内插损以及阻带的衰减性能。

技术方案：本单平面电磁带隙结构由多个金属单元结构在PCB板表面形成周期结构，每个单元由圆形贴面附加外围矩形金属框，以及圆形周围的附加寄生贴片、四条金属臂交叉穿过圆形贴片中心向外延伸，用于连接其他单元结构。

该结构分布上可以实现单个单元和周围四个单元形成四边形联系，也可以更改尺寸，增加金属臂实现周围的六边形联系，八边形联系等。

单元中心的圆形贴片可以是圆形、矩形或任意形状的贴片；其外围的矩形框可以是矩形、圆形等闭合曲线。

该结构作为微波传输系统中的频率选择地面，和微带结构配合使用，如用于微带传输线、微带滤波器、共面波导等结构的地面。

附图说明：

图1为本发明单平面紧凑型电磁带隙结构单元图

图2为本发明用作微带线的地面结构的时候，微带传输结构的S21参数的幅度值。

图3为本发明用作微带线地面结构的时候，微带传输结构的S21参数的相位值。

图4为本发明用作地面的微带传输结构和普通的微带传输结构的群时延结果。

具体实施方案

由于周期性介质结构在某些频带上表面出禁止特性，这种禁波特性是周期性结构的一个重要性质。图1描述了本发明的具体实施方案。依图1所示，专利提出的单平面紧凑型电磁带隙结构具有周期性相似结构的平面，每个结构单元包括：圆形金属贴片(1)，环状贴片(2)，寄生结构(3)，连接臂(4)，整个结构紧凑简单，易于加工。其主体部分由位于中心的圆形贴片，以及位于贴片外围的环状贴片结构组成，附加部分为圆形贴片和环状贴片周围的寄生阶梯结构的贴片，以及用于连接其他单元结构的四条连接臂组成。

该专利中圆形金属贴片的作用是形成自身串联电感以及和反面的传输线形成并联电容，环状金属贴片的作用是和位于中心的圆形贴片形成随频率变化的电容，寄生结构的作用是调整单元本身的等效电感和电容，形成良好的通带矩形系数，十字交叉结构的作用是形成等效寄生电感。该结构可用作传输线/天线的地板结构，提高传输线/天线在应用频带内的频带特性，也可用于波导管的管壁用于缩减波导尺寸。

图2是该单平面紧凑型电磁带隙结构为地面的微带传输线的散射参数图。纵坐标为S21，单位是dB；横坐标为频率，单位是GHz。从该图可以看出，本发明提出的单平面紧凑型电磁带隙结构为地面的微带传输线在3GHz以上实现了带禁效果。该结构的慢波系数为1.22。

图3是该单平面紧凑型电磁带隙结构为地面的微带传输线和普通微带传输线展开后的相位值对比图。从该图也可以看出本结构的布拉格频率为3GHz附近。

图4是该单平面紧凑型电磁带隙结构为地面的微带传输线和普通微带传输线的群速延迟对比图。从该图可以非常明确的看到本发明所提出的慢波结构传输线和普通右手结构的传输线的群速延迟大。普通传输线的群延时是10^-10s级，而本发明提出的传输结构的群延时为10^-9s级。

本发明提出的单平面紧凑型电磁带隙结构，结构简单紧凑，易于加工且具有高度可设计性，因此有着很强的实用性和竞争力。

以上是向熟悉本发明领域的工程技术人员提供的对本发明及其实施方案的描述，这些描述应被视为是说明性的，而非限定性的。工程技术人员可据此发明权利要求书中的思想做具体的操作实施，自然也可以据以上所述对实施方案做一系列的变更。本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。