宽阻带渐变型与螺旋型EBG结构设计及其在微带天线中的应用研究

作     者：荣宏颖 

作者单位：北京邮电大学 

学位级别：硕士

导师姓名：田慧平

授予年度：2018年

学科分类：080904[工学-电磁场与微波技术] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 

主      题：电磁带隙结构 宽阻带 小型化 渐变 螺旋 临近耦合 

摘      要：近年来无线通信技术发展迅猛,作为电磁波接收装置的天线设备自然需要更突出的性能,电磁带隙结构(EBG:Electromagnetic Band Gap Structure)用于天线可以有效地提高天线的各项性能,这也使得EBG的研究更具有实用价值。EBG具有同向反射相位与表面波带隙两种重要的特性,本文基于以上的特性进行EBG结构设计使之能更好地应用于天线系统。本文的主要工作如下:首先,研究了渐变型EBG的特征,提出了一种渐变型表面结构和渐变型缺陷地结合的新型的EBG结构,可以实现宽阻带的特性。经过分析工作频率与渐变型周期结构间的尺寸关系,提出一种小型化的可行性方法,并使用HFSS仿真工具对其S参数进行仿真,实际尺寸为 40×20×0.6mm3,阻带为 1.88GHz-29.2GHz(带宽 27.3GHz)。最后制作出实物,并且测试得出的带宽为2.20GHz-27.85GHz(除了16.56GHz-17.00GHz),与仿真得出的结果基本一致。该EBG可以用于带阻滤波器与相关天线的设计。其次,设计了一种基于螺旋形的新型EBG结构,新的结构具有以下特征(1)4个连接在一起的螺旋型槽和十字交叉的长方形开槽;(2)正中间的方形贴片;(3)每个螺旋槽末端的圆形贴片。改变了以往螺旋型EBG需要使用金属过孔时才能在低频段实现小型化的缺点,新的结构紧凑,制作容易,每个EBG单元大小为10×10×1.8mm3。当EBG放置在圆形单极子天线的馈线两侧时,天线获得两个较宽的频段:1.8GHz-3.21GHz 和 4.02GHz-6.12GHz,加载 EBG 的天线在2.53GHz处增益达到最大值。最后,设计了一种基于共面紧凑模型的新型EBG结构,结构中包含具有十字形开槽的方形贴片,方形贴片周围折叠放置的曲型折线,折线缝隙中的小方形贴片。本文设计的EBG结构紧凑,可用性强,单个单元尺寸为9.2×9.2×2mm3,在0.78GHz-1.83GHz的较低频段具有表面波特性。文中将EBG用于临近耦合的双层天线上,在距离馈电点近的上表面位置放置EBG时会提高天线的可用带宽,天线在为1.0GHz和2.3GHz处分别拓宽了 240MHz和230MHz的带宽,天线在1.0GHz时增益也得到了 1个dB的提升。本文所得出的结果可以为后续设计EBG结构提供实验基础和结果对比,EBG在天线领域的应用研究也为设计性能卓越天线提供新的思路。