CN110112576A - 一种双频多层电磁带隙结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种双频多层电磁带隙结构，是由介电常数相同的上层介质板和下层介质板粘接组成，在上层介质板和下层介质板上设有若干个均匀分布、结构相同的单元，每个单元包括一个圆柱形金属化过孔，在上层介质板和下层介质板的上表面分别覆盖一层金属贴片Ⅰ和金属贴片Ⅱ，在下层介质板的下表面覆盖一层金属，作为接地板，所述金属贴片Ⅰ、金属贴片Ⅱ均设有与金属化过孔位置、尺寸相适应的通孔，并通过金属化过孔与接地板连接，形成高阻抗表面并产生带隙，在带隙范围内抑制表面波的传播。本发明利用层叠结构实现双频段EBG，预知天线的工作频段，只需要改变结构的尺寸不需要做其它结构上的改变即可实现满足两个不同频段的带隙特性。

Description

一种双频多层电磁带隙结构
技术领域
本发明涉及一种双频多层电磁带隙结构。属于无线通信技术领域。
背景技术
电磁带隙(Electromagnetic Band Gap，EBG)结构表现出一种在自然界材料中无法观察到的独特电磁特性，它是由可以阻止特定频率光波传输的光子晶体，从光学领域延伸到微波领域而来。表面波抑制带隙、同相反射相位带隙是EBG结构的突出优点，它较为广泛地在天线和微波领域得到了运用。
现有技术中的传统蘑菇型电磁带隙结构(图1)，其电磁带隙结构往往带隙范围有限，将电磁带隙结构应用于双频段天线的性能优化中，如果天线的两个频段间隔较大，则带隙范围无法完全覆盖两个频段，针对双频段天线提出了双频EBG结构。通常双频电磁带隙结构是设计两种结构不同的电磁带隙单元以实现两个不同频段的带隙，他们组成的整体结构采用共面分布排列的形式，但该技术无疑会导致一个较大的截面尺寸。
发明内容
本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种双频多层电磁带隙结构，在实现双频段覆盖的基础上有效减小截面尺寸。
为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：
一种双频多层电磁带隙结构，是由介电常数相同的上层介质板和下层介质板粘接组成，在上层介质板和下层介质板上设有若干个均匀分布、结构相同的单元，每个单元包括一个圆柱形金属化过孔，在上层介质板和下层介质板的上表面分别覆盖一层金属贴片Ⅰ和金属贴片Ⅱ，在下层介质板的下表面覆盖一层金属，作为接地板，所述金属贴片Ⅰ、金属贴片Ⅱ均设有与金属化过孔位置、尺寸相适应的通孔，并通过金属化过孔与接地板连接，金属化过孔表面镀铜形成高阻抗表面并产生带隙，在带隙范围内抑制表面波的传播。
作为优选的技术方案之一，所述上层介质板和下层介质板的材质为Rogers 5880，相对介电常数εr＝2.2，损耗角正切tanδ＝0.0009。
作为优选的技术方案之一，所述金属化过孔为上层介质板或下层介质板的通孔，表面镀铜。
作为优选的技术方案之一，金属贴片Ⅰ为正方形，金属贴片Ⅱ为正六边形，并且，在该正六边形上蚀刻6个与正六边形的边一一对应平行的矩形槽，所述矩形槽的靠近金属化过孔的边构成另一个正六边形。
作为优选的技术方案之一，所述金属化过孔的直径为0.3mm。
作为优选的技术方案之一，金属贴片Ⅰ决定高频的带隙范围，金属贴片Ⅱ决定低频的带隙范围。本发明的高频和低频是相对于本发明中两个频段来定义的，暂无具体的范围限制。目前验证，在10GHz以下，可以实现任意两个频段的带隙，比如一个带隙是3.1-3.3GHz，另一个是4.6-4.8GHz则前一个是低频，后一个是高频，如果一个带隙是7.8-8GHz，另一个带隙是9.6-9.9GHz，同样前一个是低频，后一个是高频。
本发明的有益效果：
本发明是将一种电磁带隙结构叠加在另一层电磁带隙结构的上方，这样可以有效地减小截面尺寸，合理地利用空间位置。与现有的双频电磁带隙结构相比，本发明能够优化电磁带隙结构的排列方式，有效地减小电磁带隙结构的截面尺寸，同时实现在两个不同频段的带隙。决定高频的金属贴片Ⅰ的尺寸可以根据预先知道的设计要求，做不同尺寸的设计，以符合实际设计指标。改变金属贴片Ⅰ的尺寸不会增加电磁带隙单元组成的整体结构的截面尺寸。
本发明关键创新点是层叠结构实现双频段EBG，该结构在应用到天线中时，预知天线的工作频段，只需要改变结构的尺寸不需要做其它结构上的改变即可实现满足两个不同频段的带隙特性。
金属贴片Ⅰ、金属贴片Ⅱ上的刻槽结构改变了金属贴片上的表面电流路径，产生谐振点向低频偏移，实现了EBG结构的小型化。
与现有技术相比，本发明仅有一个位于中央的穿孔，也没有对穿孔结构有具体尺寸限制，本发明适用于低介电常数的板材，且本发明中两个阻带频率间隔大，适用于同样频带间隔较大地双频带天线。本发明不需要立体金属墙结构，电磁带隙结构为三层结构，且中间层的金属贴片的结构设计是本发明独有的设计。本发明中实现的两个带隙频带，分别由两个金属贴片的尺寸决定，易于分开设计所需要的带隙频带。
附图说明
图1是传统蘑菇型电磁带隙结构示意图，其中，俯视图中看到的灰色阴影部分为金属贴片，黑色圆点表示的是金属化过孔，金属贴片之间的间距相同，按一种周期性的方式排列；侧视图中可以看到金属贴片附在介质板的上表面，介质板底层是金属地板，由金属化过孔将金属贴片和接地板连接，这种结构表现出的高阻抗特性可以抑制特定频段表面波的传播。
图2是本发明的EBG单元整体结构示意图；
图3是金属贴片Ⅰ结构示意图；
图4是金属贴片Ⅱ结构示意图；
图5是EBG结构排列示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行进一步的阐述，应该说明的是，下述说明仅是为了解释本发明，并不对其内容进行限定。
实施例1：
一种双频多层电磁带隙结构，其整体结构如图2所示，该结构由两层介电常数相同的介质板粘接组成，介质板厚度为h。其中上层介质板的上表面覆盖一层金属贴片Ⅰ如图3所示，是一个正方形结构，其边长为a为3.3mm；下层介质板的上表面覆盖一层金属贴片Ⅱ如图4所示，是一个正六边形，其边长为b为6.5mm，在金属贴片上蚀刻6个矩形槽和正六边形的六个边一一对应，每个矩形槽与贴片中心的距离为m为2.7mm，矩形槽的长度为s为3mm，宽度为w为0.8mm，下层介质板的下表面全部覆盖一层金属，作为接地板。金属贴片Ⅰ、金属贴片Ⅱ和接地板连接起来通过介质板中心的半径rv为0.3mm的金属化过孔连接。金属贴片Ⅰ、金属贴片Ⅱ通过通孔与接地板连接形成高阻抗表面并产生带隙，在带隙范围内抑制表面波的传播，其中，金属贴片Ⅰ决定高频的带隙范围，金属贴片Ⅱ决定低频的带隙范围。
EBG结构的排列方式的俯视图如图5所示，与前后和左右的EBG单元的间距分别为dx和dy为13.5mm。
表1 EBG单元的尺寸(单位：mm)
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (4)

1.一种双频多层电磁带隙结构，其特征在于，是由介电常数相同的上层介质板和下层介质板粘接组成，在上层介质板和下层介质板上设有若干个均匀分布、结构相同的单元，每个单元包括一个圆柱形金属化过孔，在上层介质板和下层介质板的上表面分别覆盖一层金属贴片Ⅰ和金属贴片Ⅱ，在下层介质板的下表面覆盖一层金属，作为接地板，所述金属贴片Ⅰ、金属贴片Ⅱ均设有与金属化过孔位置、尺寸相适应的通孔，并通过金属化过孔与接地板连接，金属化过孔表面镀铜形成高阻抗表面并产生带隙，在带隙范围内抑制表面波的传播。
2.根据权利要求1所述的一种双频多层电磁带隙结构，其特征在于，金属贴片Ⅰ为正方形，金属贴片Ⅱ为正六边形，并且，在该正六边形上蚀刻6个与正六边形的边一一对应平行的矩形槽，所述矩形槽的靠近金属化过孔的边构成另一个正六边形。
3.根据权利要求1所述的一种双频多层电磁带隙结构，其特征在于，所述金属化过孔的直径为0.3mm。
4.根据权利要求1所述的一种双频多层电磁带隙结构，其特征在于，金属贴片Ⅰ决定高频的带隙范围，金属贴片Ⅱ决定低频的带隙范围。
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