一种加载EBG结构微带天线的应用

一种新型EBG结构的惠更斯源天线设计刘辉;史美霞;崔岭芝;孙绪保【摘要】通过在传统边缘金属孔的电磁带隙结构贴片表面引入圆弧环槽,提出了一种新型的小型化EBG(Electromagnetic Band Gap)结构.该圆弧环形槽的引入增大了贴片表面上的电流路径长度,减小了天线的谐振频率.将新型EBG结构与电小惠更斯源天线相结合实现了高方向性.仿真结果表明,该天线降低了0.623 GHz的中心频率,可涵盖GPS的L3频段,增益提高了1.02 dB.【期刊名称】《通信技术》【年(卷),期】2018(051)008【总页数】3页(P2008-2010)【关键词】电磁带隙结构;电小惠更斯源天线;小型化;增益【作者】刘辉;史美霞;崔岭芝;孙绪保【作者单位】山东科技大学电子通信与物理学院,山东青岛 266590;山东科技大学电子通信与物理学院,山东青岛 266590;山东科技大学电子通信与物理学院,山东青岛 266590;山东科技大学电子通信与物理学院,山东青岛 266590【正文语种】中文【中图分类】TN8200 引言20世纪90年代末，自UCLA的D.Sievenpiper提出了一种谐振蘑菇型EBG结构即Mushroom-Like EBG结构后，在微波领域，这种EBG结构因其自身的抑制表面波特性和同向反射特性，逐渐开阔了各国研究者的设计空间，突破了传统天线的局限，提高了天线的各方面性能，并得到了广泛应用。

近年来，电小惠更斯源天线由于具有相对较小的电尺寸以及与生俱来的高方向性，受到学者们的广泛关注和深入研究。

电小惠更斯源天线具有不依赖金属的特性[1]，与多辐射单元的八木天线相比，更容易实现低剖面设计。

为了实现惠更斯源天线的小型化设计，其中比较有效的方法是在惠更斯源天线的基础上加载EBG结构。

文献[2]利用多层PCB技术实现了工作在28 GHz的平面电小惠更斯源天线的设计；文献[3]利用近场寄生耦合原理实现了电小平面型惠更斯源天线，但是这种天线结构相对复杂。

采用EBG地的低剖面微带定向天线设计许健;陈星【摘要】对具有金属地的微带定向天线，低剖面设计面临着工作频带窄的难题。

采用蘑菇形EBG结构代替微带定向天线的常规金属地，利用EBG地对特定频率电磁波的同相反射特性，在保持天线工作频带条件下，缩减天线微带基板的厚度，实现低剖面设计。

以一只工作频点为5.8 GHz的2×2微带阵列天线为例，该阵列天线的辐射单元采用分形结构以进一步提升天线带宽。

仿真计算和实际测试表明：该微带阵列天线在采用低剖面设计后，微带基板厚度由原1.0 mm降至0.25 mm，而天线的定向辐射方向图、增益和工作带宽基本保持不变。

%The low profile design of microstrip directional antenna with metal ground is facing the challenge of narrow working frequency band. In this paper,mushroom-like electromagnetic band-gap (EBG) structure is used to replace the conventional metal ground in microstrip directional antenna. EBG ground could perform same phase reflection when it responds to specific fre-quency electromagnetic waves. Therefore,a low profile design achieved by employing the EBG ground and reducing the thick-ness of the antenna’s micro-band base plate while maintaining the working frequency band. A 2×2 microstrip array antenna with working frequency point of 5.8 GHz is taken as an example in this paper. The fractural structure is used for radiative unit of this array antenna to further widen its bandwidth. Both simulating calculation and the test results show that,with the low profile de-sign for the microstrip array antenna,the thickness of the microstrip base plate can be reduced from 1.0 mm to 0.25 mm while the directionalradiation pattern,gain and working bandwidth almost keep the original state.【期刊名称】《现代电子技术》【年(卷),期】2014(000)009【总页数】4页(P58-61)【关键词】EBG;分形结构;微带天线;低剖面设计【作者】许健;陈星【作者单位】四川大学电子信息学院，四川成都 610064;四川大学电子信息学院，四川成都 610064【正文语种】中文【中图分类】TN827-340 引言随着国防航天等领域的不断发展，低剖面天线凭着体积小，重量轻等优点，能够有效降低相应成本，故得到了越来越多的重视。

电磁带隙结构加载的微带天线仿真设计作者：孙斌熊海亮来源：《电子技术与软件工程》2017年第12期摘要本文研究一种电磁带隙结构微带天线。

分析电磁带隙结构的带隙特性，设计一个电磁带隙结构加载的微带天线，并进行仿真实验。

仿真结果表明，将EBG 结构置于微带天线阵的底部作为微带天线阵列的金属反射板，有效地抑制天线表面波的传播，降低微带贴片天线后瓣，提高天线增益。

【关键词】电磁带隙微带天线后瓣1 引言随着光子晶体概念在电磁领域的发展，电磁带隙EBG（ ElectromagneticBandGap）结构的特性研究在国内外得到广泛的关注近年来，电磁带隙结构在微波电路和微带天线方面得到越来越多的应用。

电磁带隙结构微带贴片天线利用EBG 结构的禁带特性抑制表面波，增加天线辐射到空的电磁波能量，从而改善天线的辐射性能。

资料显示，目前关于电磁带隙微带天线的研究有介质基板钻孔型、接地面腐蚀型、高阻抗表面型、紧凑结构型、夹层结构型等，都在一定程度上改善了天线的性能。

本文研究电磁带隙结构应用于微带贴片天线代替反射板，它能很好地抑制表面波效应，从而降低天线背向辐射，提高天线增益。

通过数值仿真可见其良好的效果。

2 天线仿真设计2.1 电磁带隙结构电磁带隙结构是指对特定频段内的电磁波产生阻带特性的一种周期结构。

理论上，在这种结构中电磁波不能传播，而当电磁波照射到这种结构时会被全部反射，但反射波与入射波相位相同，不会产生互相抵消的现象。

因此将这种结构用于微带天线时，天线的辐射性能可以得到改善。

本文采用的EBG 结构为Sievenpiper 提出的Mushroom 结构，它是由一组金属贴片在介质基板上排列得到的，金属贴片通过每个贴片中心的垂直导电孔与介质基板下面的金属板地面相连，其结构示意图如图1 所示。

这种结构可由并联LC 等效电路模型等效，由估算的等效电容和电感可得到EBG 结构的谐振频率，单元等效参数为：其谐振频率。

式中p 为贴片单元周期长度，w为方形贴片单元长度，w为贴片单元间隔，t 为介质板厚度，为介质板相对介电常数，μ为等效介电常数。

基于EBG结构的电磁偶极子天线本文分析了电磁偶极子的基本原理，并设计了60GHz电偶极子天线；通过在电磁偶极子天线周围加电磁带隙结构（EBG结构），在较大的频带范围内，使得天线的反射系数和增益有了较为明显的提高。

1. 引言为了满足人们对高速数据、图像和多媒体等宽带业务日益增长的需求，宽带接入技术受到了广泛的关注，ROF系统及其网络在国内外迅速发展，也促使无线系统提高射频载频频率以获得更高的带宽。

而目前ROF技术研究的频率范围主要是60GHz的毫米波频段，60GHz的信号在空气中衰减很厉害，因此，高增益和高效率的大带宽天线技术成为60GHz毫米波通信系统的关键技术之一。

在上世纪七十年代，由一个电偶极子和一个缝隙天线构成的若干互补天线被设计出来。

在微带贴片天线还没有发展应用之前，缝隙天线被用于实现磁偶极子。

这些天线在辐射方向图和带宽上有优异的表现。

电磁带隙结构，简称EBG（ElectromagneticBandgap）结构，源于光子晶体结构，可以认为是光子晶体（Photonics crystal）概念在微波频段的推广。

1987年，来自美国贝尔实验室的E.Yablonovitch和来自Princeton大学的S.John在讨论如何抑制自发辐射和无序电介质材料中的光子局域谐振时，各自独立提出了光子晶体的概念[2]。

光子晶体具有显著的光子带隙（Photonic Bandgap，PBG）特性，根据Maxwell方程组的尺缩关系，PBG结构所具有的特性也适用于微波和毫米波领域。

因此光子晶体结构在微波和毫米波领域得到了广泛的应用，并最终开始使用EBG这个术语。

EBG概念的明确提出是在文献[3]中，“概括地说，电磁帯隙结构是指人造的周期性结构（有时也是非周期的），能够阻止或者促进特定频域内所有入射波和所有极化状态的电磁波的传播”。

20世纪90年代末期，提出了两种EBG结构，一种是蘑菇型的EBG结构，另一种为平面紧凑型电磁带隙结构电磁带隙结构具有两个显著的特性：一是阻止特定频率内电磁波的传播，即表面波带隙特性；二是对入射的平面电磁波具有随频率变化的反射相位，即反射相位特性。

UC-EBG在微带阵列天线 RCS减缩中的应用李振亚;张建华;杨文凯【摘要】针对微带阵列天线的带内雷达散射截面问题，提出了一种在天线表面加载共面紧凑型光子晶体结构（UC‐EBG），通过散射对消，实现天线雷达散射截面（RCS）减缩的方法。

分析了在不同参数下UC‐EBG结构同向反射相位带隙随频率的变化情况。

仿真结果表明：加载U C‐EBG结构后，阵列天线各个阵元的回波损耗基本保持不变，天线的增益有所增加，同时天线带内RCS最大减缩达到18dB。

证实了U C‐EBG可以应用于阵列天线的带内隐身。

%To solve the problem of microstrip array antenna with the radar cross section reduction ,an UC‐EBG structure is designed to load on the antenna surface to reduce the RCS by cancelling out the reflection wave .The reflection phase band‐gap changing with freque ncy is analyzed under different parameters .The simulated result shows that the return loss of the loaded antenna remains basically unchanged while its gain in‐creases .At the same time ,the largest reduction of antenna in‐band RCS can reach 18 dB ,which p roves that UC‐EBG can be applied to microstrip array antenna to achieve in‐band stealth .【期刊名称】《航天电子对抗》【年(卷),期】2016(032)001【总页数】4页(P39-42)【关键词】微带阵列天线;UC-EBG;RCS【作者】李振亚;张建华;杨文凯【作者单位】电子工程学院，安徽合肥230037;电子工程学院，安徽合肥230037;电子工程学院，安徽合肥230037【正文语种】中文【中图分类】TN97;TN822随着探测和隐身技术的飞速发展，飞行器以及舰艇等目标的RCS与以前相比下降了1到2个数量级，加上FSS结构、吸波材料、高阻抗表面等隐身新材料的发展以及应用，飞行器等隐身目标自身的RCS已经变得非常小。

基于EBG结构加载的二元天线阵列隔离度提升设计作者：***来源：《中国新通信》2021年第12期【摘要】本文利用加载平面EBG结构抑制表面波的方式提高了二元振子天线之间的隔离度。

文中以X波段微带线馈电的印刷振子天线为例，分析了当两个振子组阵时，通过在天线馈线附近加载平面EBG结构，抑制了馈线的表面波传输，从而降低了单元天线间的能量传输，提升了天线间的隔离度。

对加载EBG结构和未加载EBG结构的两元阵列天线进行仿真对比分析，结果表明两种天线辐射性能基本保持不变，而加载后的两元阵列在8GHz-9.2GHz频段隔离度得到了提升，验证了该方法的有效性。

【关键字】 EBG结构天线引言：阵列天线单元间的互耦效应会对系统带来很多负面影响。

对于相控阵天线而言，严重的互耦会影响天线的扫描特性。

对于收发分置的雷达天线，强互耦导致收发通道间的隔离度恶化，使得探测距离受到限制。

因此，降低天线间的互耦效应，提升天线隔离度是非常有意义的工作。

常用的方法有场对消法、带阻滤波法、去耦网络法[1]等。

电磁带隙结构（Electromagnetic Bandgap，简称 EBG）是一种周期结构，具有调控电磁波的能力，当电磁波在该结构中传播时会发生衍射现象，导致某些特定频率的电磁波无法传输，形成电磁禁带效应，称为“电磁带隙”。

该种结构可以有效地针对某些特定频率的电磁波进行调控，从而实现相应的带阻传输特性。

近年来，很多学者广泛研究EBG结构特性，在电磁波调控领域充分挖掘其应用性能。

由于印刷电路板技术的飞速发展，平面EBG结构易于加工、实现速度快，已经广泛应用于各类天线的设计中。

文献[2]中，采用多个周期型的EBG结构实现了阵列天线的隔离度提升;文献[3]中，将EBG结构用于圆极化阵列，在不改变圆极化性能的同时，提升了圆极化天线单元间的隔离度。

本文利用在微带馈电的二元振子天线中加载EBG结构的方式，通过EBG结构抑制表面波传输的电磁特性，提升了单元天线隔离度性能。

一种双频的EBG结构天线作者：刘嘉来源：《中国新通信》2013年第04期【摘要】本文描述了一个高性能的在背面加载电磁带隙结构的双频共面贴片天线，天线工作频率分别为2.45GHz和5GHz，电磁带隙结构由一个3*3的单元组成。

本论文分别对共面天线，电磁带隙，和集成的天线做了阐述，尽管EBG结构比较小，但是在抑制背面辐射，提高天线增益方面获得了很好的效果。

【关键词】双频天线共面天线微带天线电磁带隙（EBG）一、引言电磁带隙结构是一种人工的周期结构，用来防止或者增强电磁波在特定的频带下的传播[1]。

微带天线由于低剖面，轻的重量，以及很容易跟其它微波电路集成，所以很受欢迎。

本论文中，我们设计了一个加载双重方型EBG结构的微带天线，以适应快速发展的高速无线局域网（WLAN），频率为2.4GHz和5.8GHz，这2个频率在工业，科学和医药以及其它个人通信系统中应用相当广泛。

但是，单个贴片天线的增益往往很低，当今有很多种方法用来提高贴片天线的增益。

谐振增益方式[2]包括附加一个钝化层或者覆盖层在介质板上，或者在贴片下面增加一个腔体结构，减少有效介电常数[3]，通过增加一个寄生元件来减少天线的表面波，同样能够增加天线的增益[4]。

本设计通过加载双重方型EBG结构是另一种提高天线性能的方式。

天线由一个共面条状的馈线和共面贴片组成，这种结构能够提供一个比较宽的工作带宽以及更加灵活的频带间隔。

天线上加载的双频EBG结构作为一个高阻抗表面（HIS）能够减少天线的背面辐射，从而提高天线的增益。

本论文中将EBG结构的共面天线的性能跟普通的双频天线做了比较。

天线和高阻抗表面带隙结构采用HFSS微波仿真软件设计。

二、双频天线设计本设计中的双频天线需要覆盖2.45G和5.825GHz，低频段的带宽为2%，高频段的带宽为6%。

为了实现带宽，以及使得天线尽可能的薄，我们通过HFSS设计了一系列的共面天线，在[5]中简要的介绍了其中的一种设计。