EBG结构在圆柱共形微带天线中的应用分析

吴峻岩，于家傲，姜永金

（空军预警学院，武汉 430019）

EBG结构脱胎于PBG结构，是一种人造结构。EBG结构通过对散射介质的形状、材料以及尺寸进行正确的选择，能够使某些频段的电磁波不能传播。近些年来，EBG结构在解决电源完整性方面应用的越来越广泛，它能够有效抑制同步开关噪声。由于圆柱共形微带天线低剖面、比较容易共形的特性，EBG结构在其中的应用能够对天线的方向图、谐振频率产生非常大的影响。

1 EBG结构的分类

以维数为根据，可以分为一维结构、二维结构、三维结构。以结构特性为根据，可以将EBG结构分为高阻抗表面型、接地板缺陷型、共面紧凑式、基底打孔型、等四种结构。其中高阻抗表面型结构的别名为蘑菇状结构，这个结构的表面有非常多的小贴片，这些小贴片都是周期排列的，利用金属柱将贴片与接地板连接。它的作用主要是产生同相反射，同时对表面波进行抑制，从而将微带天线的性能提高。接地板缺陷型是通过对接地板进行腐蚀，使接地板上出现各种形状不一的小孔如方形、圆形、H型等。该结构的作用是能够对天线的谐波进行有效的抑制。共面紧凑式结构与高阻抗结构相差不多，但是在其结构表面上没有利用金属柱将贴片与接地板进行连接。这个结构的特点是损耗比较低、结构紧凑、结构表面平整等。作用是对各个方向表面波的传播进行抑制。基底打孔型结构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、圆形等，这个结构的主要作用是对天线的表面波进行抑制。

2 EBG结构在圆柱共形微带天线中的应用

2.1 在抑制谐波中的应用

在使用天线过程中，谐波的危害是非常大的，我国在选用交流供电频率是50Hz，因此，对于谐波的危害考虑的很少，导致谐波有了生存和发展的空间。正是由于各种谐波的危害，是天线在运行过程中受到严重的阻碍。谐波的产生大大降低了电能的利用、传输、生产的效率，同时会使天线的绝缘老化，缩短其使用寿命。因此，对于谐波的抑制是目前人们关注的重点。将EBG结构应用于抑制谐波中，能够最大限度的降低谐波的危害。例如：在深圳汉阳天线设计有限公司中，在设计圆柱共形微带天线时，为了有效的降低谐波对天线造成的伤害，将共面紧凑式结构应用于实际工作中。设计师将其应用到天线设计中，使其能够与圆柱共形微带天线的谐振频率达到一致，从而产生辐射。然后通过应用自适应波束、电子扫描将空间功率进行合成，从而有效的抑制谐波，并且降低前端电路的额外损耗和尺寸[1]。

2.2 在微带天线阵中的应用

圆柱共形微带天线的微带天线阵具有波束倾斜功能，包含很多圆极化波辐射源对。每一个辐射源在圆柱共形微带天线的平面内与其他的辐射元形成旋转角α，以这个旋转角对谐波进行排放。EBG结构在微带天线阵中的应用，能够金属柱将微带天线阵中的每个单元与接地板相连，从而提高天线的使用效率。例如：深圳市康源新通信技术有限公司中，将EBG结构应用于天线进行设计中。首先，将EBG结构放置在由四个圆环构成的微带天线阵中，然后对相邻的阵元的隔离度进行测量，这样可以有效的降低回波损耗，同时扩宽了带宽。其次，在EBG结构中镶嵌7×5相控阵，利用EBG结构对天线表面波的抑制作用，降低微带天线阵阵元之间的耦合，这样可以有效的消除天线的盲点，使扫描角度增大。最后通过将EBG结构与馈电线的端头在分叉口出分叉，且电长度是相等的，来抑制谐波。在设置角度α的要遵循θ=sin↑[-1]（αλ↓[o]/2πd），其中，θ是波束倾角；λ↓[o]为电磁波的波长；d为圆极化波辐射源的间距[2]。

2.3 在拓展带宽中的应用

天线的中心工作频率的稳定是非常重要的，当中心工作频率偏离时，天线中一部分电性能会下降，下降到天线允许的频率范围内，保证天线的正常运行，这便是天线的带宽。在天线使用过程中，拓展天线带宽能够使天线的应用效果更好，同时使用户在应用天线时更加便捷、高效。因此，拓展天线带宽是设计天线首要考虑的内容。例如：在郑州森萧电子科技有限公司中，在设计圆柱共形微带天线时，将EBG结构应用于实际工作中。首先，利用高阻抗表面结构将放置在圆柱共形微带天线中，高阻抗表面结构中的寄生加载效用会将天线的带宽进行扩展。其次，设计师在微带天线的馈线出将原来的PBG结构换成EBG结构，在天线的贴片出依然应用PBG结构。这样能够对天线中的高次谐波进行有效的抑制，同时使微带天线的介电常数得以提高。除此之外，应用EBG结构还可以将微带馈线出的电压感知提升，使微带天线的阻抗能够有效的匹配。

3 结束语

综上所述，EBG结构在圆柱共形微带天线中的应用可以提高天线的使用效率。经过上文分析可得，EBG结构在抑制谐波中的应用，能够降低前端电路的额外损耗和尺寸；EBG结构在微带天线阵中的应用，可以提高天线的使用效率；EBG结构在拓展带宽中的应用，使微带天线的阻抗能够有效的匹配。因此，深入研究EBG结构在圆柱共形微带天线中的应用十分重要的。