一種新型EBG結(jié)構(gòu)的EAD天線

劉輝+史美霞+崔嶺芝+呂明明+孫燁

摘 要：本文通過在ELV-EBG結(jié)構(gòu)貼片表面加入雙“T”型槽，提出一種新型的小型化電磁帶隙結(jié)構(gòu)，該雙“T”型槽的引入抑制電流通過，增大貼片表面上的電流路徑長度，降低諧振頻率。將新型EBG結(jié)構(gòu)與EAD電小天線相結(jié)合，相比傳統(tǒng)EAD天線，更好實(shí)現(xiàn)了小型化。

關(guān)鍵詞：電磁帶隙結(jié)構(gòu)；EAD電小天線；小型化

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.17.142

0 引言

近年來，電小天線由于具有相對(duì)較小的電尺寸而受到各國學(xué)者們的廣泛關(guān)注和深入研究。為了提高電小天線的方向性以及實(shí)現(xiàn)小型化設(shè)計(jì)，其中較為有效的一種方法是在諧振天線的下方加載EBG結(jié)構(gòu)。EBG結(jié)構(gòu)作為一種特殊的人工電磁材料，廣泛應(yīng)用于天線和微波領(lǐng)域。在調(diào)查研究中，切向電的近場共振寄生偶極子天線稱之為EAD天線[1]。文獻(xiàn)[2]中利用EAD天線設(shè)計(jì)了電小平面性Huygens源。

本次設(shè)計(jì)選用電小EAD天線作為主要輻射體，并與貼片表面加入雙“T”型槽的ELV-EBG結(jié)構(gòu)相結(jié)合，該天線工作于1.647GHz，與傳統(tǒng)EAD天線進(jìn)行比較，該天線的中心頻率減小0.19GHz，更好實(shí)現(xiàn)小型化。

1 表面開槽雙“T”型電磁帶隙結(jié)構(gòu)分析

ELV-EBG結(jié)構(gòu)的一個(gè)特點(diǎn)是通過將過孔位置由中心處移至貼片邊緣處，可以降低該EBG結(jié)構(gòu)的諧振頻率，但是該方法對(duì)于減小諧振頻率不明顯，所以在ELV-EBG結(jié)構(gòu)貼片表面引入雙“T”型槽。該雙“T”型槽的引入，使得表面完整的EBG貼片被“T”型槽切割成有縫隙的結(jié)構(gòu)，使之電荷沿著“T”型槽的邊沿流向金屬過孔的位置，延長了貼片表面上的電流路徑長度。引入雙“T”型槽電磁帶隙單元結(jié)構(gòu)如圖1-1所示，它是由雙“T”型貼片單元、金屬針、介質(zhì)層組成。EBG結(jié)構(gòu)的具體參數(shù)為：a=10mm，g=3.2mm，r=0.8mm，x1=1.2mm，w1=8.2mm，x2=2mm，w2=1mm，x3=1mm，w3=3mm，x4=3mm，w4=1mm。

2 天線整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

將表面引入雙“T”型槽的EBG結(jié)構(gòu)加載在EAD天線的下方，為了減小EBG單元尺寸，使用Trans-Tech MCT-40陶瓷材料作為EBG結(jié)構(gòu)的介質(zhì)基板材料，εr = 40，損耗角正切值為0.0015，高度為5mm。同軸饋線的內(nèi)、外導(dǎo)體與EAD天線的激勵(lì)單元相連。并且同軸饋線的饋電端穿過EBG結(jié)構(gòu)的介質(zhì)基板向下延長一小段距離，與50Ω的信號(hào)源相連，實(shí)現(xiàn)良好匹配。加載EAD天線的圓柱體型介質(zhì)基板填充材料為Rogers Duroid 6010，εr = 10.2，高度1.27mm，兩個(gè)介質(zhì)板之間的間隔15mm。EAD天線激勵(lì)單元的中間金屬臂寬2.7mm，金屬弧結(jié)構(gòu)內(nèi)外半徑各為8mm、14mm，兩個(gè)金屬弧之間的間隔為20mm；EAD天線寄生單元的中間金屬臂寬4.4mm，金屬弧結(jié)構(gòu)內(nèi)外半徑各為24mm、32mm，兩個(gè)金屬弧之間的間隔為32.4mm。

3 模型仿真結(jié)果與分析

對(duì)天線模型進(jìn)行仿真，得到引入新型EBG結(jié)構(gòu)的EAD天線與傳統(tǒng)EAD天線的S11參數(shù)對(duì)比圖，如圖3-1所示，實(shí)線表示的是引入雙“T”型槽結(jié)構(gòu)之后的S11參數(shù)曲線，天線的諧振頻率為1.647GHz；虛線是傳統(tǒng)EAD天線的S11參數(shù)曲線，諧振頻率為1.837GHz。通過比較可知，加入雙“T”型槽結(jié)構(gòu)之后，降低了0.19GHz的諧振頻率。

4 總結(jié)

本文將新型EBG結(jié)構(gòu)與共性EAD天線相結(jié)合。在ELV-EBG結(jié)構(gòu)貼片表面加入雙“T”型槽，增大了天線的相對(duì)電尺寸，該天線工作于1.647GHz，與傳統(tǒng)EAD天線作對(duì)比，該天線的中心頻率減小0.19GHz，滿足天線小型化的要求。

參考文獻(xiàn)：

[1]唐明春.高性能電磁特異材料及其在天線中的應(yīng)用研究[D].西安：電子科技大學(xué)，2013.

[2]張琰.小型化及多頻電磁帶隙結(jié)構(gòu)的研究[D].廣州：華南理工大學(xué)，2014.

作者簡介：劉輝（1993-），女，山東濟(jì)寧人，碩士研究生在讀，研究方向：微波技術(shù)與天線。