EBG結(jié)構(gòu)在圓柱共形微帶天線中的應(yīng)用分析

吳峻巖，于家傲，姜永金

（空軍預(yù)警學(xué)院，武漢 430019）

EBG結(jié)構(gòu)脫胎于PBG結(jié)構(gòu)，是一種人造結(jié)構(gòu)。EBG結(jié)構(gòu)通過對(duì)散射介質(zhì)的形狀、材料以及尺寸進(jìn)行正確的選擇，能夠使某些頻段的電磁波不能傳播。近些年來，EBG結(jié)構(gòu)在解決電源完整性方面應(yīng)用的越來越廣泛，它能夠有效抑制同步開關(guān)噪聲。由于圓柱共形微帶天線低剖面、比較容易共形的特性，EBG結(jié)構(gòu)在其中的應(yīng)用能夠?qū)μ炀€的方向圖、諧振頻率產(chǎn)生非常大的影響。

1 EBG結(jié)構(gòu)的分類

以維數(shù)為根據(jù)，可以分為一維結(jié)構(gòu)、二維結(jié)構(gòu)、三維結(jié)構(gòu)。以結(jié)構(gòu)特性為根據(jù)，可以將EBG結(jié)構(gòu)分為高阻抗表面型、接地板缺陷型、共面緊湊式、基底打孔型、等四種結(jié)構(gòu)。其中高阻抗表面型結(jié)構(gòu)的別名為蘑菇狀結(jié)構(gòu)，這個(gè)結(jié)構(gòu)的表面有非常多的小貼片，這些小貼片都是周期排列的，利用金屬柱將貼片與接地板連接。它的作用主要是產(chǎn)生同相反射，同時(shí)對(duì)表面波進(jìn)行抑制，從而將微帶天線的性能提高。接地板缺陷型是通過對(duì)接地板進(jìn)行腐蝕，使接地板上出現(xiàn)各種形狀不一的小孔如方形、圓形、H型等。該結(jié)構(gòu)的作用是能夠?qū)μ炀€的諧波進(jìn)行有效的抑制。共面緊湊式結(jié)構(gòu)與高阻抗結(jié)構(gòu)相差不多，但是在其結(jié)構(gòu)表面上沒有利用金屬柱將貼片與接地板進(jìn)行連接。這個(gè)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是損耗比較低、結(jié)構(gòu)緊湊、結(jié)構(gòu)表面平整等。作用是對(duì)各個(gè)方向表面波的傳播進(jìn)行抑制?；状蚩仔徒Y(jié)構(gòu)是在基底上挖出具有周期性排列的小孔，然后在孔中加入一些其他的媒介。基底打孔型的孔可以是方形、圓形等，這個(gè)結(jié)構(gòu)的主要作用是對(duì)天線的表面波進(jìn)行抑制。

2 EBG結(jié)構(gòu)在圓柱共形微帶天線中的應(yīng)用

2.1 在抑制諧波中的應(yīng)用

在使用天線過程中，諧波的危害是非常大的，我國在選用交流供電頻率是50Hz，因此，對(duì)于諧波的危害考慮的很少，導(dǎo)致諧波有了生存和發(fā)展的空間。正是由于各種諧波的危害，是天線在運(yùn)行過程中受到嚴(yán)重的阻礙。諧波的產(chǎn)生大大降低了電能的利用、傳輸、生產(chǎn)的效率，同時(shí)會(huì)使天線的絕緣老化，縮短其使用壽命。因此，對(duì)于諧波的抑制是目前人們關(guān)注的重點(diǎn)。將EBG結(jié)構(gòu)應(yīng)用于抑制諧波中，能夠最大限度的降低諧波的危害。例如：在深圳漢陽天線設(shè)計(jì)有限公司中，在設(shè)計(jì)圓柱共形微帶天線時(shí)，為了有效的降低諧波對(duì)天線造成的傷害，將共面緊湊式結(jié)構(gòu)應(yīng)用于實(shí)際工作中。設(shè)計(jì)師將其應(yīng)用到天線設(shè)計(jì)中，使其能夠與圓柱共形微帶天線的諧振頻率達(dá)到一致，從而產(chǎn)生輻射。然后通過應(yīng)用自適應(yīng)波束、電子掃描將空間功率進(jìn)行合成，從而有效的抑制諧波，并且降低前端電路的額外損耗和尺寸[1]。

2.2 在微帶天線陣中的應(yīng)用

圓柱共形微帶天線的微帶天線陣具有波束傾斜功能，包含很多圓極化波輻射源對(duì)。每一個(gè)輻射源在圓柱共形微帶天線的平面內(nèi)與其他的輻射元形成旋轉(zhuǎn)角α，以這個(gè)旋轉(zhuǎn)角對(duì)諧波進(jìn)行排放。EBG結(jié)構(gòu)在微帶天線陣中的應(yīng)用，能夠金屬柱將微帶天線陣中的每個(gè)單元與接地板相連，從而提高天線的使用效率。例如：深圳市康源新通信技術(shù)有限公司中，將EBG結(jié)構(gòu)應(yīng)用于天線進(jìn)行設(shè)計(jì)中。首先，將EBG結(jié)構(gòu)放置在由四個(gè)圓環(huán)構(gòu)成的微帶天線陣中，然后對(duì)相鄰的陣元的隔離度進(jìn)行測(cè)量，這樣可以有效的降低回波損耗，同時(shí)擴(kuò)寬了帶寬。其次，在EBG結(jié)構(gòu)中鑲嵌7×5相控陣，利用EBG結(jié)構(gòu)對(duì)天線表面波的抑制作用，降低微帶天線陣陣元之間的耦合，這樣可以有效的消除天線的盲點(diǎn)，使掃描角度增大。最后通過將EBG結(jié)構(gòu)與饋電線的端頭在分叉口出分叉，且電長度是相等的，來抑制諧波。在設(shè)置角度α的要遵循θ=sin↑[-1]（αλ↓[o]/2πd），其中，θ是波束傾角；λ↓[o]為電磁波的波長；d為圓極化波輻射源的間距[2]。

2.3 在拓展帶寬中的應(yīng)用

天線的中心工作頻率的穩(wěn)定是非常重要的，當(dāng)中心工作頻率偏離時(shí)，天線中一部分電性能會(huì)下降，下降到天線允許的頻率范圍內(nèi)，保證天線的正常運(yùn)行，這便是天線的帶寬。在天線使用過程中，拓展天線帶寬能夠使天線的應(yīng)用效果更好，同時(shí)使用戶在應(yīng)用天線時(shí)更加便捷、高效。因此，拓展天線帶寬是設(shè)計(jì)天線首要考慮的內(nèi)容。例如：在鄭州森蕭電子科技有限公司中，在設(shè)計(jì)圓柱共形微帶天線時(shí)，將EBG結(jié)構(gòu)應(yīng)用于實(shí)際工作中。首先，利用高阻抗表面結(jié)構(gòu)將放置在圓柱共形微帶天線中，高阻抗表面結(jié)構(gòu)中的寄生加載效用會(huì)將天線的帶寬進(jìn)行擴(kuò)展。其次，設(shè)計(jì)師在微帶天線的饋線出將原來的PBG結(jié)構(gòu)換成EBG結(jié)構(gòu)，在天線的貼片出依然應(yīng)用PBG結(jié)構(gòu)。這樣能夠?qū)μ炀€中的高次諧波進(jìn)行有效的抑制，同時(shí)使微帶天線的介電常數(shù)得以提高。除此之外，應(yīng)用EBG結(jié)構(gòu)還可以將微帶饋線出的電壓感知提升，使微帶天線的阻抗能夠有效的匹配。

3 結(jié)束語

綜上所述，EBG結(jié)構(gòu)在圓柱共形微帶天線中的應(yīng)用可以提高天線的使用效率。經(jīng)過上文分析可得，EBG結(jié)構(gòu)在抑制諧波中的應(yīng)用，能夠降低前端電路的額外損耗和尺寸；EBG結(jié)構(gòu)在微帶天線陣中的應(yīng)用，可以提高天線的使用效率；EBG結(jié)構(gòu)在拓展帶寬中的應(yīng)用，使微帶天線的阻抗能夠有效的匹配。因此，深入研究EBG結(jié)構(gòu)在圓柱共形微帶天線中的應(yīng)用十分重要的。