本发明专利技术提供一种面向超宽带天线的共面紧凑型电磁带隙(Uniplanar?Compact?Electromagnetic?bandgap，UC-EBG)结构及其设计方法，属于电磁传播与接收的技术领域。本发明专利技术设计的异向H-型槽分形(H-shaped?Slot?Fractal，HSF)UC-EBG周期单元，沿x1方向排列5个时，带隙为1.30GHz-2.58GHz；沿y1方向排列5个时，带隙为2.57GHz-4.31GHz。当沿x1方向和y1方向排列的单元交叉排列时，形成的准同向交叉型HSF-UC-EBG结构沿两个正交方向(设为x2和y2方向)具有相似的带隙特性，带隙分别为1.40GHz-4.93GHz和1.37GHz-4.93GHz，相对带宽高达111.0％以上。本发明专利技术提出超宽带HSF-UCEBG结构实际可用于相应频段的超宽带天线中，解决了传统UC-EBG结构因相对带宽窄(一般5％-27％之间)，难以应用于宽带系统中这一难题。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术提供一种面向超宽带天线的共面紧凑型电磁带隙(Uniplanar CompactElectromagnetic Band Gap, UC-EBG)结构及其设计方法,属于电磁传播与接收的
技术介绍
I. UC-EBG结构的优点EBG结构是一种具有频率带隙的周期电磁结构，根据结构特性主要可以分为四类接地板缺陷型，基地打孔型，高阻抗表面型，共面紧凑型(UC-EBG)。其中UC-EBG结构相比其它三种具有很多优势(I)与接地板缺陷型相比，UC-EBG具有更紧凑的特性；(2)与基地打孔型相比，UC-EBG不需要在介质基板上打孔(打孔会降低结构的机械强度)，只需在接地金属板上蚀刻出周期结构；(3)与高阻表面EBG结构相比，UC-EBG表面没有通过金属棒与接地板连接起来，因而加工简单，成本低；(4)它依靠本身的结构来实现带阻特性，在电路的集成性、重量及成本上具有不可代替的优势。2. UC-EBG结构的应用前景当今社会正处于信息时代，人们对通信的要求越来越高。随着移动通信系统在容量和质量上的不断升级，再加上空间电子技术的飞速发展，势必将带动用于通讯终端设备的电子元器件的同步发展，为开发新器件提供了空前的机遇。新型的电子元器件将较大地改善现有器件的性能，甚至取代它们。其中EBG结构，由于其在一定的频带内具有抑制表面波、能实现同相反射等特性，可以改善器件的功率效率、提高器件品质因素、改变相位特性等作用，因而在提高微波器件的性能方面脱颖而出，成为微波领域中的一个研究热点，尤其是在提高微波电路及天线性能方面，EBG结构具有巨大的应用价值。如前所述，由于UC-EBG结构相比其他三种类型的EBG结构具有结构紧凑，形式灵活、便于通过集成工艺方便地实现等优势，必将在移动通信、卫星通信、航空航天等众多领域发挥它的作用。目前UC-EBG结构主要涉及滤波器、混合器、谐振器、高效放大器、谐波抑制器、高性能微波天线等等。尤其是对其在改善天线性能方面研究，一直是热点，国内外在这方面取得了一系列成果=Roberto等人将UC-EBG结构用作贴片天线的衬底，可以在保持交叉极化不变的情况下，将天线的增益提高3dB(文献I, Roberto Coccioli,Fei-Ran Yang， Kuang-Ping Ma and Tatsuo Itoh， Aperture-coupled patch antennaon UC-EBG substrate， IEEE Transaction on Microwave Theory and Techniques，Vol. 47，No. 11，pp. 2123-2130. Nov. 1999)。Dalia Nashaat 等人将 UC-EBG 结构用于阵列天线，可以在方向图满足要求的情况下，提高天线阵列的增益，减小天线阵列的尺寸(文献 2, Dalia Nashaat, Hala A. Elsadek, Esmat A. AbdalIah, Magdy F. Iskander, andHadia M. EI Hennawy. Ultrawide Bandwidth 2X2 Microstrip Patch Array AntennaUsing Electromagnetic Band-Gap Structure (EBG). IEEE Transaction on Antennasand Propagtion, Vol. 59, No. 5, May 2011)。将UC-EBG结构用于天线阵列可以减小天线单元之间的互稱，提高天线的性能等(文献3, Hossein Sarbandi Farhani, MehdiVeysi, Manouchehr Kamyab, and Alireza Tadjalli. Mutual Coupling Reduction inPatch Antenna Arrays Using a UC-EBG Supersubstrate. IEEE Antennas and WirelessPropagation Letters, Vol.9.pp. 57-59. 2010)。3.宽带UC-EBG结构的实现方法 由于现代移动通信飞速地发展，信道容量不断扩充，传输效率不断提高，因此宽带器件的研究有着重要意义。然而，UC-EBG结构相对带宽较窄，一般在5%-27%之间(文献 4, Fu Y, Yuan N, and Zhang G. Compact high-impedance surfaces incorporatedwith interdigital structure. Electronic Letters, Vol.40, No. 5, pp. 310-311. 2004 ；文献 5, Lin B Q, Cao X Y, Yang Y M, and Wen X. Compact high-impedance surfacesintegrated with rhombic interdigital structure. Electronics Letters, Vol. 43,No. 20, pp. 1100-1101. 2007)。展宽UC-EBG结构带隙带宽的方法有增加等效电感法(X. Ye,，X. Cao, and F. Li, “Uniplanar EBG structure with improved compact and widebandcharacteristics, ”Electron.Lett. , Vol. 44 No.23.pp.1362-1363. 2008.),米用多过孑L 法(T. Wang, T. Han, and T. ffu,uA Novel Power/Ground Layer Using ArtificialSubstrate EBG for Simultaneously Switching Noise Suppression，，IEEE Transactionon Microwave Theory and Techniques, Vol. 50,No. 5,pp. 1164-1171. May 2008)等。运用此两种方法能将带宽展宽到49% -68%左右，然而增加等效电感会使表面图案变复杂，增加加工难度，采用多过孔法也会使加工复杂。
技术实现思路
本专利技术提出一种通过设计异向UC-EBG结构周期单元，交叉排列异向周期单元的方式来扩展UC-EBG禁带宽度的实现方法。I.本专利技术的具体内容如下(I)设计了一个异向HSF-UC-EBG结构周期单元(图I所示)周期单元的尺寸为P，一级H-型槽的槽长和槽宽分别为L和W，二级H-型槽的槽长和槽宽分别为L/2和W.(2)设计了两个分别沿X1方向和yi方向排列5个异向HSF-UC-EBG周期单元的UC-EBG结构模型(如图2 (a)，(b)所示)模型建立在相对介电常数~ = 10. 2，厚度h =0.6mm的聚四氟乙烯陶瓷复合双面覆铜板上，将铜箔的一面蚀刻成所设计的H-型槽分形结构，另一面蚀刻成一条微带线。H-型槽的参数为P = 18mm, L = 10. 8mm, W=L 2mm。通过全波分析法本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种异向HSF？UC？EBG结构周期单元，其特征在于将此单元沿两个正交方向(设为x1方向和y1方向)排列，形成的UC？EBG结构具有不同的带隙特性。具体而言，当沿x1方向排列5个周期单元时，具有一个较低频段的带隙：1.30GHz？2.58GHz，相对带宽达66.0％；当沿y1方向排列5个周期单元时，具有一个较高频段的带隙：2.57GHz？4.31GHz，相对带宽达50.6％。带隙结构的介质基底是介电常数εr＝10.2，厚度h＝0.6mm的聚四氟乙烯陶瓷复合板，H？型槽由覆在介质基板上的铜箔蚀刻而成，铜箔的厚度为T＝0.018mm。周期单元尺寸为P＝18mm，H？型槽的槽长和槽宽分别为L＝10.8mm，W＝1.2mm。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：纪越峰，田慧平，赵腊梅，
申请(专利权)人：北京邮电大学，
类型：发明
国别省市：
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