本發(fā)明屬于無線通信技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種雙頻ebg結(jié)構(gòu)以及基于該雙頻ebg結(jié)構(gòu)的微帶天線。

背景技術(shù)：

無線通信技術(shù)（wirelesscommunicationtechnology,wct），是利用電磁波信號可以在自由空間中傳播的特性進行信息交換的一種通信方式。在移動中實現(xiàn)的無線通信又稱為移動通信，人們把二者合稱為無線移動通信。無線通信包括微波通信和衛(wèi)星通信。微波是一種無線電波，它傳送的距離一般只有幾十千米，但是微波的頻帶很寬，通信容量很大，微波通信每隔幾十千米要建立一個微波中繼站；衛(wèi)星通信是利用通信衛(wèi)星作為中繼站在地面上兩個或者多個地球站之間或者移動體之間建立微波通信聯(lián)系。

眾所周知，一切無線電設備都是靠無線電波來進行工作的，而電磁波的發(fā)射和接收都要通過天線來實現(xiàn)。天線作為無線通信系統(tǒng)的門戶，其輻射性能的好壞將直接影響到系統(tǒng)的通信質(zhì)量。天線在現(xiàn)代無線通信中的作用無可替代，對天線性能的要求也逐漸提高。然而，在提高天線系統(tǒng)輻射性能的同時，降低天線系統(tǒng)的剖面輪廓和節(jié)省空間距離又成為通信設備向小型化發(fā)展的“瓶頸”。如果只是一味地減小天線尺寸又會影響到天線的帶寬、增益等性能，如何設計出在天線尺寸減小的同時又能兼顧良好輻射性能指標的小型化天線系統(tǒng)是一項亟待解決的問題。如果采用傳統(tǒng)的方法，通過在天線的底部加載金屬反射板來提高天線的增益，那么就會增加天線的高度，無形中增加了天線的剖面。隨著無線通信的發(fā)展，移動設備要求小型化，多功能。傳統(tǒng)的方法顯然不符合無線通信的發(fā)展要求。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

ebg結(jié)構(gòu)具有頻率禁帶的特性，在ebg的禁帶范圍內(nèi)，電磁波無法傳播。正是因為ebg結(jié)構(gòu)具有頻率禁帶，如果微帶天線的表面波的頻率剛好落在ebg結(jié)構(gòu)的頻率禁帶內(nèi)，那么就可以抑制微帶天線的表面波的傳播，提高天線的帶寬和增益，降低天線的后向輻射。

因此，為解決上述問題，本發(fā)明提供一種雙頻ebg結(jié)構(gòu)以及基于該雙頻ebg結(jié)構(gòu)的微帶天線，解決了傳統(tǒng)微帶天線帶寬窄，輻射效率低，背向輻射大的問題。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種雙頻ebg結(jié)構(gòu)，包括金屬接地板、介質(zhì)基板、周期性排列的多個ebg金屬貼片和導電過孔構(gòu)成，所述ebg金屬貼片和金屬接地板分別位于介質(zhì)基板的上表面和下表面，所述導電過孔設置在ebg金屬貼片的中心用于連接ebg金屬貼片和金屬接地板，所述ebg金屬貼片的四周邊緣蝕刻有四個關(guān)于ebg金屬貼片中心對稱分布的矩形細槽和四個四分之一圓環(huán)形槽。

所述介質(zhì)基板是材質(zhì)為fr4，介電常數(shù)為4.4，厚度為2mm的pcb板。

一種基于上述雙頻ebg結(jié)構(gòu)的微帶天線，包括微帶貼片天線和加載在微帶貼片天線周圍的雙頻ebg結(jié)構(gòu)，所述雙頻ebg結(jié)構(gòu)由金屬接地板、介質(zhì)基板、周期性排列的多個ebg金屬貼片和導電過孔構(gòu)成，所述ebg金屬貼片和金屬接地板分別位于介質(zhì)基板的上表面和下表面，所述導電過孔設置在ebg金屬貼片的中心用于連接ebg金屬貼片和金屬接地板，所述ebg金屬貼片的四周邊緣蝕刻有四個關(guān)于ebg金屬貼片中心對稱分布的矩形細槽和四個四分之一圓環(huán)形槽，所述微帶貼片天線位于介質(zhì)基板的上表面并且其采用的天線輻射貼片上蝕刻兩個對稱的矩形開槽和c形彎折枝節(jié)槽，在矩形開槽的邊緣形成同軸饋電。

所述天線輻射貼片為長方形，所述導電過孔是圓柱形。

所述矩形開槽蝕刻在天線輻射貼片的上下側(cè)，兩個c形彎折枝節(jié)槽蝕刻在天線輻射貼片的左右側(cè)并鏡像對稱。

所述微帶貼片天線被3層雙頻ebg結(jié)構(gòu)包圍。

本發(fā)明的有益效果是：通過在微帶天線的四周加載ebg結(jié)構(gòu)，調(diào)節(jié)ebg結(jié)構(gòu)和天線的間距來破壞ebg結(jié)構(gòu)的周期性，使得天線的輻射特性得到很好地改善，可以抑制天線的表面波，提高天線的工作帶寬，增加天線的增益同時降低天線的后向輻射，提高天線的前后輻射比。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的俯視圖；

圖2是ebg金屬貼片的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明的主視圖；

圖4本發(fā)明ebg的雙頻帶隙曲線圖；

圖5是本發(fā)明微帶天線加載/未加載ebg結(jié)構(gòu)時的s11參數(shù)對比圖；

圖6是本發(fā)明微帶天線加載/未加載ebg結(jié)構(gòu)時的e面方向?qū)Ρ葓D（諧振頻率為4.9ghz）；

圖7是本發(fā)明微帶天線加載/未加載ebg結(jié)構(gòu)時的h面方向?qū)Ρ葓D（諧振頻率為4.9ghz）；

圖8是本發(fā)明微帶天線加載/未加載ebg結(jié)構(gòu)時的e面方向?qū)Ρ葓D（諧振頻率為5.3ghz）；

圖9是本發(fā)明微帶天線加載/未加載ebg結(jié)構(gòu)時的h面方向?qū)Ρ葓D（諧振頻率為5.3ghz）；

其中，1、介質(zhì)基板，2、ebg金屬貼片，3、矩形細槽，4、四分之一圓環(huán)形槽，5、導電過孔，6、矩形開槽，7、c形彎折枝節(jié)槽，8、天線輻射貼片，9、同軸饋電點，10、金屬接地板。

具體實施方式

為了加深對本發(fā)明的理解，下面將結(jié)合實施例和附圖對本發(fā)明作進一步詳述，該實施例僅用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明保護范圍的限定。

如圖1和圖3所示，一種基于雙頻ebg結(jié)構(gòu)的微帶天線，包括微帶貼片天線和加載在微帶貼片天線周圍的3層雙頻ebg結(jié)構(gòu)（屬于高阻抗表面，最基本的結(jié)構(gòu)是mushroom型，上面是一個金屬貼片，下面是金屬接地板，在介質(zhì)基板上打上金屬型過孔，金屬型的過孔連接著上面的金屬貼片和下面的接地板。）

本發(fā)明提供的雙頻ebg結(jié)構(gòu)是在mushroom型結(jié)構(gòu)的金屬貼片上開槽，即在金屬貼片的四周邊緣開四個對稱的矩形槽和四個四分之一圓環(huán)形槽。其具體結(jié)構(gòu)是由金屬接地板10、介質(zhì)基板1、周期性排列的多個ebg金屬貼片2和導電過孔5構(gòu)成，ebg金屬貼片2和金屬接地板10分別位于介質(zhì)基板1的上表面和下表面，導電過孔5設置在ebg金屬貼片2的中心用于連接ebg金屬貼片2和金屬接地板10，引入了等效電感，可以縮小ebg結(jié)構(gòu)的尺寸。ebg金屬貼片2的四周邊緣蝕刻有四個關(guān)于ebg金屬貼片中心對稱分布的矩形細槽3和四個四分之一圓環(huán)形槽4，不僅延長了電流的路徑，而且引入了附加的耦合電容，同樣便于縮小ebg金屬貼片2的尺寸，從而達到降低ebg結(jié)構(gòu)的帶隙頻率，改變場分布使得ebg可以產(chǎn)生雙帶隙頻率。通過調(diào)節(jié)開槽的位置和大小使得ebg結(jié)構(gòu)的雙帶隙頻率覆蓋天線的兩個工作頻率，這樣能夠有效地抑制表面波，實現(xiàn)ebg結(jié)構(gòu)改善天線的輻射特性的效果。本實施例中介質(zhì)基板1是材質(zhì)為fr4，介電常數(shù)為4.4，厚度為2mm的pcb板；導電過孔5是圓柱形。

微帶貼片天線位于介質(zhì)基板1的的中心位置并且其采用的天線輻射貼片8（選用長方形貼片）的的上下側(cè)蝕刻兩個對稱的矩形開槽6，左右側(cè)蝕刻兩個c形彎折枝節(jié)槽7并鏡像對稱，以此增加電流的有效路徑，等效為增加了天線的有效電長度，降低了天線的諧振頻率；同時也會改變天線的場分布，產(chǎn)生新的諧振模式，使天線可以雙頻甚至多頻工作（本實施例產(chǎn)生雙諧振頻率），縮小天線輻射貼片8的尺寸。該微帶天線采用的是同軸饋電，在矩形開槽6的邊緣形成同軸饋電點9。

微帶貼片天線被3層雙頻ebg結(jié)構(gòu)包圍。

將設計好的雙頻ebg結(jié)構(gòu)加載在微帶貼片天線的四周時，要和天線保持一定的距離（一般要保持一個ebg結(jié)構(gòu)周期的距離），距離太近會產(chǎn)生比較強的耦合，干擾天線的方向圖；距離太遠，又會起不到理想的效果而且還會增加天線的尺寸。通過調(diào)節(jié)ebg結(jié)構(gòu)與天線四周的距離來破壞ebg結(jié)構(gòu)的周期性，引入缺陷，就會使得在表面波帶隙內(nèi)存在一個相對較窄的頻率范圍允許電磁波的傳播，工作在這種模式下的天線其能量輻射相對較好，因而方向性更好。一方面，從能量分布角度進行分析，因為ebg結(jié)構(gòu)的周期性被破壞，使得電磁波的能量不會在缺陷附近相對集中，因為諧振效應會出現(xiàn)，天線的方向性得到了提高。另一方面，由于折射定律可知，當電磁波工作于結(jié)構(gòu)本征頻率周圍的時候，無論電磁波在ebg結(jié)構(gòu)表面的入射角是多少，其反射角接近于零，即反射波幾乎與法線方向平行，這就使得不同方向入射的電磁波最終都趨近與法線方向反射到自由空間，因而天線的輻射能量更加集中，方向性也因此得到了較好的改善。

如圖4所示，ebg的雙頻帶隙范圍是4.73-5.02ghz和5.18-5.57ghz，微帶天線的帶寬范圍是4.85-4.97ghz和5.21-5.52ghz，ebg的雙頻帶隙范圍可以覆蓋微帶天線的雙頻帶寬。即微帶天線的帶寬剛好落在ebg的帶隙范圍內(nèi)。

如圖5所示，本發(fā)明基于雙頻ebg結(jié)構(gòu)的微帶天線s11小于-10db帶寬范圍為4.74ghz-5.04ghz和5.36-5.74ghz；未加載ebg結(jié)構(gòu)的天線s11小于-10db的帶寬范圍是4.85-4.97ghz和5.21-5.52ghz；相比于未加載ebg結(jié)構(gòu)的天線，本發(fā)明的微帶天線的帶寬分別提高了50%和42%。加載ebg結(jié)構(gòu)后天線在高頻段產(chǎn)生頻率的偏移這是由于ebg結(jié)構(gòu)和天線的耦合引起的。

如圖6所示，為本發(fā)明微帶天線加載/未加載ebg結(jié)構(gòu)時的e面方向?qū)Ρ葓D（諧振頻率為4.9ghz）；加載ebg結(jié)構(gòu)的微帶天線相比于未加載ebg結(jié)構(gòu)的微帶天線增益提高了2.9db,后向輻射減小了25db。

如圖7所示，本發(fā)明微帶天線加載/未加載ebg結(jié)構(gòu)時的h面方向?qū)Ρ葓D（諧振頻率為4.9ghz）；加載ebg結(jié)構(gòu)的微帶天線相比于未加載ebg結(jié)構(gòu)的微帶天線增益提高了0.9db，后向輻射減小了10db。

如圖8所示，本發(fā)明微帶天線加載/未加載ebg結(jié)構(gòu)時的e面方向?qū)Ρ葓D（諧振頻率為5.3ghz）；加載ebg結(jié)構(gòu)的微帶天線相比于未加載ebg結(jié)構(gòu)的微帶天線增益提高了1.5db，后向輻射減小了10db。

如圖9所示，本發(fā)明微帶天線加載/未加載ebg結(jié)構(gòu)時的h面方向?qū)Ρ葓D（諧振頻率為5.3ghz）；加載ebg結(jié)構(gòu)的微帶天線相比于未加載ebg結(jié)構(gòu)的微帶天線增益提高了1.5db，后向輻射減小了10db。

本實施例適用于c波段的4.7-5.6ghz頻段，對于衛(wèi)星通信中的視頻、音頻等多媒體的高速傳輸具有廣泛的應用前景。

本發(fā)明加載了雙頻ebg結(jié)構(gòu)的微帶天線與傳統(tǒng)的微帶貼片天線相比，利用槽線技術(shù)大大縮小了天線的尺寸，同時改變天線的自然場分布，引入了新的諧振頻率。通過加載ebg結(jié)構(gòu)大大提高了天線的增益同時降低了天線的后向輻射。

以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例而已，并非是對本發(fā)明作任何其他形式的限制，而依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì)所作的任何修改或等同變化，仍屬于本發(fā)明所要求保護的范圍。