[发明专利]一种面向多频天线衬底的H型槽分形UC-EBG结构的实现方法

说明书

技术领域

本发明是一种通过在UC-EBG结构周期单元贴片上刻H型槽，并引入一级分形结构，来设计多频带新型电磁带隙结构的实现方法，属于电磁传播与接收的技术领域。

背景技术

1.EBG结构的概念及其带隙形成机制

光子晶体是具有频率带隙的周期性介电材料，最初在光学领域提出，后来拓展到微波、毫米波段被称为微波光子晶体或者电磁带隙，简称EBG结构。EBG结构具有奇异的电磁波传播特性，可以采用金属、介质、铁磁或者铁电物质植入介质材料周期性排列构成，引起人们极大兴趣。

早期人们提出的电磁带隙结构，其带隙产生机理均属于Bragg散射机制，必须满足Bragg条件，即：a＝λ_g/2，其中，a是周期单元尺寸，λ_g是光子晶体带隙频率对应的导波波长。因此，Bragg型微波光子晶体的结构尺寸相对比较大，在实际使用中受到很大限制。1999年，UCLA的D.Siecenpiper设计了一种“蘑菇”型(Mushroom-like)EBG结构(文献1，John D Joannopolous，Robert D Meade，Joshua N Winn.Photonic Crystals-modeling of Flowing of Light.Princeton University Press，1955)，这种结构可以形成等效电感和电容，其频率带隙的产生可以由单元本身的谐振特性引起的，不受Bragg条件的限制，能够很方便地将它应用于集成电路和天线设计当中。同年，Roberto Coccioli等人提出的共面紧凑型电磁带隙结构，即UC-EBG结构(文献2，Roberto Coccioli，Fei-RanYang，Kuang-Ping Ma，Tatsuo Itoh.Aperture-Coupled Patch Antenna on UC-PBG  Substrate.IEEE TRANSACTIONS ON MICROWAVE THEORY AND TECHNIQUES.47：11(2123-2130)，Nov.1999)，也是基于谐振机制的，与Mushroom-like EBG结构相比，这种结构不需要金属过孔与地板相连，加工工艺相对简单。

本发明提出的EBG结构属于基于谐振机制的UC-EBG结构。

2.EBG结构的带隙特性

本发明是针对EBG结构垂直方向的带隙特性——人工磁导体(Artificial magnetic conductor，AMC)特性，即垂直方向入射到EBG结构表面的电磁波，其反射波与入射波的相位差为零，即具有同相反射特性，一般将相位差在±90°之间视为同相反射，且将反射相位曲线上，此相位范围对应的频率范围成为带隙。将此种EBG结构用作天线的反射板，可以减小天线的剖面积，增加天线增益和辐射效率等。

3.EBG结构小型化概念

EBG结构的周期单元大小与其带隙中心频率所对应的波长呈正相关，带隙中心率对应的波长越长，EBG结构单元尺寸就越大。因此，从另一方面来讲，实现EBG结构的小型化可以理解为，在同样尺寸的EBG周期单元内实现更低频率带隙。

本发明正是通过研究各个参数对带隙中心频率往低频移动的特性来实现EBG结构小型化的。

4.EBG结构的应用