[发明专利]一种嵌入蛇形平面电磁带隙结构及其构建方法

权利要求书

1.一种嵌入蛇形平面电磁带隙结构，其特征在于：该结构是由一个EBG单元沿X、Y方向在二维平面上周期性延拓形成的3×3EBG结构，每个EBG单元由三层构成，自上而下依次是蚀刻成EBG形式的电源层、介质层和完整的地层，电源层、地层是厚度为1.2mi铜片，平面尺寸为30×30mm²，介质层是30×30×0.4mm³的矩形块，其材料是FR-4，介电常数为4.3，损耗角正切为0.02，电源层、地层都能蚀刻成EBG平面，EBG平面是中心对称的周期单元，它由一块中心金属贴片和四个连接两两单元的蛇形微带线构成，蛇形微带线是嵌在中心金属贴片内。

2.一种嵌入蛇形平面电磁带隙结构的构建方法，其特征在于：该方法具体步骤如下：

步骤一：在确定了使用5条臂的蛇形微带线的前提下，使用传输线法，在Agilent-ADS中建立EBG结构的电路模型，使用S参数仿真，扫描优化，大致确定平面EBG单元各参数的尺寸；

步骤二：在Ansoft-HFSS中建立一个EBG单元的三维模型，该模型由三层构成，自上而下依次是EBG电源层、介质层和完整的地层，电源层、地层均为平面，尺寸为30×30mm²，边界条件设置为理想金属导体，介质层是尺寸为30×30×0.4mm³的矩形块，材料为FR-4，其介电常数为4.3，损耗角正切为0.02；此外，基于步骤一得到的初步结果，设置单元EBG平面各参数的尺寸；

步骤三：在Ansoft-HFSS中建立平面EBG结构色散图仿真模型并绘制色散图，在步骤二中建立的EBG单元模型上建立一个尺寸为30×30×12mm³的长方体空气盒子，该盒子的下表面与EBG平面重合；紧挨着其上表面，建立一个厚度为2mm的理想匹配层，再建立一个30×30×14.4mm³的长方体空气壳子，使其上表面与PML层的上表面重合，下表面与EBG单元的地平面重合；将最外层空气盒子沿X和Y方向的两对侧面分别设置为主从边界条件即Master&Slave；设置相位为扫描参数，依照色散图原理，依次得到Г～X、X～M、M～Г三段色散图，将仿真结果导入MATLAB中绘制总色散图，观察得到的结果，并返回优化原来的设计，修改各参数尺寸，直到得到满意的结果，记录此时EBG结构各参数尺寸；

步骤四：在Ansoft-HFSS中建立3×3单元格的EBG结构模型，设置端口并仿真两端口间的传输系数S₂₁；依照步骤三中得到的数据，修改步骤二中建立的EBG单元模型，再向X和Y方向延拓得3×3单元格的EBG结构模型；在设计过程中设置了两个端口，中心坐标分别在(0，0)，(30，30)；激励源选择集总端口即Lumped Port；在EBG结构之外设置一个大的空气盒子，该盒子的每个平面到EBG结构的距离都不能小于10mm，其边界条件设置为辐射边界条件即Radiation；频率扫描范围设置为40MHz～15GHz，EBG结构从500MHz到14.5GHz的范围内抑制深度达30dB以上；

步骤五：制做电路板，并用矢量网络分析仪测试该电路板实际抑制电源噪声的性能；制作的电路板由三层构成，自上而下依次是EBG电源层、介质层和完整的地层，电源层、地层均为平面，尺寸为90×90mm²；介质层是尺寸为90×90×0.4mm³矩形块，材料为FR-4，其介电常数为4.3，损耗角正切为0.02；单元EBG平面是中心对称图形，它的中心板形状规整，最大边沿尺寸29mm，桥是一条蜿蜒的微带线，微带线的宽度、臂与臂的间距、臂与中心板的间距、连臂与中心板的间距均为0.5mm，蛇形微带线的始末两端沿X方向的距离为8mm，依照步骤四中所述的端口位置，在电路板上打通孔，将SMA接头的底座焊接在EBG平面，SMA接头的探针焊接在地平面，务必不要让探针与EBG平面接触，以防短路，影响测试结果；使用VNA进行测试，扫描频率设置为40MHz～15GHz，测试结果直接由GPIB卡读出。