一種新型EBG結構的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結構貼片表面加入雙“T”型槽，提出一種新型的小型化電磁帶隙結構，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結構與EAD電小天線相結合，相比傳統EAD天線，更好實現了小型化。

關鍵詞：電磁帶隙結構；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較小的電尺寸而受到各國學者們的廣泛關注和深入研究。為了提高電小天線的方向性以及實現小型化設計，其中較為有效的一種方法是在諧振天線的下方加載EBG結構。EBG結構作為一種特殊的人工電磁材料，廣泛應用于天線和微波領域。在調查研究中，切向電的近場共振寄生偶極子天線稱之為EAD天線[1]。文獻[2]中利用EAD天線設計了電小平面性Huygens源。

本次設計選用電小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結構相結合，該天線工作于1.647GHz，與傳統EAD天線進行比較，該天線的中心頻率減小0.19GHz，更好實現小型化。

1 表面開槽雙“T”型電磁帶隙結構分析

ELV-EBG結構的一個特點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結構的諧振頻率，但是該方法對于減小諧振頻率不明顯，所以在ELV-EBG結構貼片表面引入雙“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構，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構如圖1-1所示，它是由雙“T”型貼片單元、金屬針、介質層組成。EBG結構的具體參數為：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 天線整體結構設計

將表面引入雙“T”型槽的EBG結構加載在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結構的介質基板材料，εr = 40，損耗角正切值為0.0015，高度為5mm。同軸饋線的內、外導體與EAD天線的激勵單元相連。并且同軸饋線的饋電端穿過EBG結構的介質基板向下延長一小段距離，與50Ω的信號源相連，實現良好匹配。加載EAD天線的圓柱體型介質基板填充材料為Rogers Duroid 6010，εr = 10.2，高度1.27mm，兩個介質板之間的間隔15mm。EAD天線激勵單元的中間金屬臂寬2.7mm，金屬弧結構內外半徑各為8mm、14mm，兩個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，金屬弧結構內外半徑各為24mm、32mm，兩個金屬弧之間的間隔為32.4mm。

3 模型仿真結果與分析

對天線模型進行仿真，得到引入新型EBG結構的EAD天線與傳統EAD天線的S11參數對比圖，如圖3-1所示，實線表示的是引入雙“T”型槽結構之后的S11參數曲線，天線的諧振頻率為1.647GHz；虛線是傳統EAD天線的S11參數曲線，諧振頻率為1.837GHz。通過比較可知，加入雙“T”型槽結構之后，降低了0.19GHz的諧振頻率。

4 總結

本文將新型EBG結構與共性EAD天線相結合。在ELV-EBG結構貼片表面加入雙“T”型槽，增大了天線的相對電尺寸，該天線工作于1.647GHz，與傳統EAD天線作對比，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：

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

[2]張琰.小型化及多頻電磁帶隙結構的研究[D].廣州：華南理工大學，2014.

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