一种新型EBG结构的EAD天线

刘辉+史美霞+崔岭芝+吕明明+孙烨

摘 要：本文通过在ELV-EBG结构贴片表面加入双“T”型槽，提出一种新型的小型化电磁带隙结构，该双“T”型槽的引入抑制电流通过，增大贴片表面上的电流路径长度，降低谐振频率。将新型EBG结构与EAD电小天线相结合，相比传统EAD天线，更好实现了小型化。

关键词：电磁带隙结构；EAD电小天线；小型化

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

0 引言

近年来，电小天线由于具有相对较小的电尺寸而受到各国学者们的广泛关注和深入研究。为了提高电小天线的方向性以及实现小型化设计，其中较为有效的一种方法是在谐振天线的下方加载EBG结构。EBG结构作为一种特殊的人工电磁材料，广泛应用于天线和微波领域。在调查研究中，切向电的近场共振寄生偶极子天线称之为EAD天线[1]。文献[2]中利用EAD天线设计了电小平面性Huygens源。

本次设计选用电小EAD天线作为主要辐射体，并与贴片表面加入双“T”型槽的ELV-EBG结构相结合，该天线工作于1.647GHz，与传统EAD天线进行比较，该天线的中心频率减小0.19GHz，更好实现小型化。

1 表面开槽双“T”型电磁带隙结构分析

ELV-EBG结构的一个特点是通過将过孔位置由中心处移至贴片边缘处，可以降低该EBG结构的谐振频率，但是该方法对于减小谐振频率不明显，所以在ELV-EBG结构贴片表面引入双“T”型槽。该双“T”型槽的引入，使得表面完整的EBG贴片被“T”型槽切割成有缝隙的结构，使之电荷沿着“T”型槽的边沿流向金属过孔的位置，延长了贴片表面上的电流路径长度。引入双“T”型槽电磁带隙单元结构如图1-1所示，它是由双“T”型贴片单元、金属针、介质层组成。EBG结构的具体参数为：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 天线整体结构设计

将表面引入双“T”型槽的EBG结构加载在EAD天线的下方，为了减小EBG单元尺寸，使用Trans-Tech MCT-40陶瓷材料作为EBG结构的介质基板材料，εr = 40，损耗角正切值为0.0015，高度为5mm。同轴馈线的内、外导体与EAD天线的激励单元相连。并且同轴馈线的馈电端穿过EBG结构的介质基板向下延长一小段距离，与50Ω的信号源相连，实现良好匹配。加载EAD天线的圆柱体型介质基板填充材料为Rogers Duroid 6010，εr = 10.2，高度1.27mm，两个介质板之间的间隔15mm。EAD天线激励单元的中间金属臂宽2.7mm，金属弧结构内外半径各为8mm、14mm，两个金属弧之间的间隔为20mm；EAD天线寄生单元的中间金属臂宽4.4mm，金属弧结构内外半径各为24mm、32mm，两个金属弧之间的间隔为32.4mm。

3 模型仿真结果与分析

对天线模型进行仿真，得到引入新型EBG结构的EAD天线与传统EAD天线的S11参数对比图，如图3-1所示，实线表示的是引入双“T”型槽结构之后的S11参数曲线，天线的谐振频率为1.647GHz；虚线是传统EAD天线的S11参数曲线，谐振频率为1.837GHz。通过比较可知，加入双“T”型槽结构之后，降低了0.19GHz的谐振频率。

4 总结

本文将新型EBG结构与共性EAD天线相结合。在ELV-EBG结构贴片表面加入双“T”型槽，增大了天线的相对电尺寸，该天线工作于1.647GHz，与传统EAD天线作对比，该天线的中心频率减小0.19GHz，满足天线小型化的要求。

参考文献：

[1]唐明春.高性能电磁特异材料及其在天线中的应用研究[D].西安：电子科技大学，2013.

[2]张琰.小型化及多频电磁带隙结构的研究[D].广州：华南理工大学，2014.

作者简介：刘辉（1993-），女，山东济宁人，硕士研究生在读，研究方向：微波技术与天线。