CN208782037U - 一种新型平面ebg结构的低耦合微带天线 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种新型平面EBG结构的低耦合微带天线，包括介质基板，介质基板的上表面设置两边对称的微带天线，该天线采用一种表面开折线槽的平面EBG结构明显抑制了微带阵列天线阵元间的耦合，通过将十五个相同的EBG单元按照3ｘ5模式级联实现一种简单紧凑型的平面EBG结构，尺寸小，易于加工集成。两边对称的微带天线均采用同轴馈电技术，保证天线具有良好的阻抗匹配和带宽。本实用新型通过一种新型平面EBG结构很好实现了天线阵元间的低耦合效应，也提高了天线的增益，并且结构简单，能够确保稳定的数据传输质量，可应用于工作频率在5.7GHz附近的宽带无线通信系统中。
Description
技术领域
本实用新型涉及了一种新型平面EBG结构的低耦合微带天线，特别是一种新型的EBG结构设计，该天线属于移动通信的天线技术领域，在微波毫米波集成电路领域具有很好的应用前景。
背景技术
在天线领域中，微带贴片天线由于具有剖面小、易于共形、制作简单等优势在雷达、遥感、无线通信以及射频识别技术等领域得到了广泛的应用。目前，相对于单个天线难以满足日益增强的性能要求的情况，阵列天线则是增强天线性能非常有效的措施。然而，阵列天线，尤其是小间距阵列天线都难以避免互耦影响的问题，导致天线的辐射效率降低、增益降低等问题，所以积极探索阵列天线互耦机理并寻求互耦补偿措施尤为重要。
为减小微带天线阵元之间的耦合，必须减小表面波的干扰。目前，已经提出了许多特殊的技术来减少阵列天线中相邻贴片之间的相互耦合，例如使用背腔、缺陷地结构（DGS）、开槽互补开环谐振器、软表面结构等。虽然这些技术可以提供良好的相互耦合减少，但它们各自都有一些缺点。例如，尽管在地平面上引入DGS以减少互耦，并且不会在制造中施加任何额外的体积和成本，但其互耦减少量低于开环谐振器结构。一种常用的减少互耦效应的方法是在微带天线的两个贴片之间采用EBG结构，利用其抑制表面波的特性有助于提高天线的性能，减小耦合并提高增益。但一般的蘑菇状EBG结构增加了金属过孔，制作较复杂。
发明内容
本实用新型的主要目的在于提供一种能够减小微带天线阵元间互耦的新型平面EBG结构。该天线能够在满足减小耦合的条件下，也满足高增益的要求。
为达到上述目的，本实用新型提供如下技术方案。
一种新型平面EBG结构的低耦合微带天线，该天线包括介质基板、接地板、微带辐射贴片、同轴馈线和EBG结构五部分，其特征在于：在介质基板的上表面由两个轴对称的微带辐射贴片和开折线槽的周期性EBG结构构成，其中周期性的EBG结构放置在两个辐射贴片中间；在介质基板的下表面由接地板构成；同轴馈线，包括内导体和外导体，内导体穿过介质基板与辐射贴片和接地板相连，外导体在介质基板的下方与接地板相连，同轴馈电技术实现了良好的阻抗匹配。
进一步，所述新型EBG结构单元均采用二维平面结构的金属片，在该金属片上开折线形细槽，细槽形状为上下对称的“S”形细槽，开折线形细槽的主要目的是增加了EBG结构贴片上电流的流经长度。
进一步，所述微带辐射贴片左右对称设置在介质基板的上表面。在受激励情况下，两个微带辐射贴片之间进行耦合，实现LC谐振，产生一个谐振模式。微带辐射贴片的长度为26.5mm-28.5mm，宽度为26.5mm-28.5mm。
进一步，所述介质基板的材料为FR4_epoxy，电介质常数为4.4，损耗正切角值为0.02，长度为89mm-91mm，宽度为44.5mm-46.5mm，高度为1.5mm-1.7mm。
进一步，所述新型平面EBG结构单元长度为4.8mm-5.3mm，该EBG结构单元宽度为6.5mm-7mm。折线形细槽的缝隙宽度为0.1mm-0.3mm。
进一步，所述微带辐射贴片均采用同轴馈电方式，同轴馈线的内导体穿过介质基板与辐射贴片和接地板相连，同轴馈线的外导体在所述介质基板的下方垂直放置。同轴馈线内导体是柱体形，半径为0.3mm-0.5mm，高度为1.5mm-1.7mm，外导体呈薄壁圆柱体形，半径为1.05mm-1.15mm，高度为0.4mm-0.6mm。
本实用新型的有益效果在于：该天线通过在微带贴片阵元之间加新型平面EBG结构后，由于EBG结构具有明显的禁带特性，该新型EBG结构在5.65GHz~5.8GHz频段内抑制了表面波的传播，改变了微带贴片阵元之间电流的分布。通过与传统微带阵列天线比较，加新型平面EBG结构的微带阵列天线，减小了耦合，提高了天线的增益。选取1ｘ5周期单元、2ｘ5周期单元、3ｘ5周期单元的新型平面EBG结构分别加载在微带贴片阵元之间，可看出，加载3ｘ5周期单元新型平面EBG结构后，抑制耦合的效果更好，增益提高相对较多，能够满足一般的实用需求，可用于C频段的通信系统中。
本实用新型具有结构简单、性能优越、易于制造等特点，可应用于工作频率在5.7GHz附近的宽带无线通信系统中。
附图说明
为了使本实用新型的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本实用新型提供如下附图进行说明。
图1为本实用新型中微带阵列天线的整体俯视图。
图2为本实用新型中平面EBG结构单元的结构视图。
图3为仿真未加载EBG结构的传统微带阵列天线的S参数示意图。
图4为仿真加载1ｘ5周期单元、2ｘ5周期单元、3ｘ5周期单元EBG结构后的微带阵列天线S11参数曲线比较图。
图5为仿真加载1ｘ5周期单元、2ｘ5周期单元、3ｘ5周期单元EBG结构后的微带阵列天线S12参数曲线比较图。
图6为仿真加载EBG之前的传统微带阵列天线的辐射场方向图。
图7为仿真加载3ｘ5周期单元EBG结构后的微带阵列天线的辐射场方向图。
图中标识1为介质基板，2为微带辐射贴片，3为同轴馈线，4为周期性EBG结构。
具体实施方式
为了使本实用新型所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更佳清楚明白，下面结合附图和实施例，对本实用新型作进一步说明。应当理解此处所描述的具体实例仅用于解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
如图1所示，新型平面EBG结构微带天线的辐射单元由两个相同的矩形辐射贴片组成，两个辐射贴片之间相距半个波长的位置。保证了天线的对称性，有利于电磁场的辐射。新型平面EBG结构加载在两个辐射贴片之间，有效抑制表面波的传播。介质基板所采用的材料为FR4_epoxy，电介质常数为4.4，损耗正切角值为0.02，长度Ls为90mm，宽度Ws为45mm，高度h1为1.6mm。微带辐射贴片的长度Lp为28mm，宽度为Wp为27.5mm。
新型平面EBG结构单元如图2所示，在传统的平面EBG结构上引入折线形细槽。具体地，细槽形状为上下对称的“S”形细槽，每部分“S”形细槽有第一径向部41，第二径向部42，第三径向部43，第四径向部44，第五径向部45，第六径向部46。第一径向部41和第三径向部43延伸至EBG结构单元的边缘位置，第六径向部46从第五径向部45的一端延伸至EBG结构单元的中心位置。采用这种对称折线形细槽的主要目的是增加了EBG结构贴片上电流的流经长度。将新型EBG结构紧凑排列，改变微带阵列天线之间的电流分布，抑制表面波的传播，降低微带阵列天线之间的耦合，并提高了天线的增益。EBG结构单元的长度Wt为5.05mm，宽度Lt为6.8mm。上下对称的“S”形细槽的缝隙宽度t为0.3mm，第一、三径向部长度Wb为4.2mm，宽度t为0.3mm；第二、四、六径向部长度t为0.3mm，宽度Lb为1.27mm；第五径向部长度Wc为2.1mm，宽度t为0.3mm。
两块微带辐射贴片均采用同轴线馈电的方式，同轴线的内导体穿过介质基板与辐射贴片和接地板相连，外导体在介质基板的下方与接地板相连，同轴馈电技术实现了良好的阻抗匹配。内导体的半径r1为0.4mm，高度h1为1.6mm，外导体的半径r2为1.1mm，高度h2为0.5mm。
通过比较图3、图4和图5，可以看出，未加载EBG结构的微带天线工作频率为5.74GHz，天线阵元之间的耦合系数是-25.8dB；加载EBG后，不同周期的EBG结构抑制耦合的效果不同，周期越多抑制耦合效果越好，其中加载3ｘ5周期单元EBG结构后的微带天线工作频率为5.76GHz，天线阵元之间的耦合系数为-32.7dB，耦合减小了6.9dB，明显抑制了阵元间的表面波，降低了耦合。
通过比较图6和图7，可以看出未加载EBG结构的微带天线的增益为-12.23dB，加载3ｘ5周期单元EBG结构后的微带天线的增益为-8.1dB，增益提高了4.14dB，本实用新型方案在降低天线阵元间耦合的同时，也提高了增益，所以本实用新型方案的设计是有效的。
Claims (6)
1.一种新型平面EBG结构的低耦合微带天线，包括介质基板、接地板、微带辐射贴片、同轴馈线和EBG结构五部分，其特征在于：在介质基板的上表面由两个轴对称的微带辐射贴片和开折线槽的周期性EBG结构构成，其中EBG结构是由二维的EBG结构单元按照3×5模式放置在两个微带辐射贴片中间；在介质基板的下表面由接地板构成；同轴馈线，包括内导体和外导体，内导体穿过介质基板与微带辐射贴片和接地板相连，外导体在介质基板的下方与接地板相连。
2.根据权利要求1所述的一种新型平面EBG结构的低耦合微带天线，其特征在于，两侧的辐射贴片左右对称设置在介质基板的上表面。
3.根据权利要求1所述的一种新型平面EBG结构的低耦合微带天线，其特征在于，所述的EBG结构单元均采用二维平面结构的金属片，在该金属片上开折线形细槽，该细槽形状为上下对称的“S”形细槽，开折线形细槽增加了EBG结构贴片上电流的流经长度。
4.根据权利要求1所述的一种新型平面EBG结构的低耦合微带天线，其特征在于，所述的EBG结构单元长度为4.8mm-5.3mm，该EBG结构单元宽度为6.5mm-7mm。
5.根据权利要求1所述的一种新型平面EBG结构的低耦合微带天线，其特征在于，所述的EBG结构单元折线形细槽的缝隙宽度为0.1mm-0.3mm。
6.根据权利要求1所述的一种新型平面EBG结构的低耦合微带天线，其特征在于，两侧的辐射贴片均采用同轴馈电方式，同轴馈线的内导体穿过介质基板与辐射贴片和接地板相连，同轴馈线的外导体在所述介质基板的下方垂直放置。
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| CN112164889A (zh) * | 2020-08-25 | 2021-01-01 | 南京理工大学 | 基于共面压缩型电磁带隙结构的低耦合收发天线 |
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