CN110729557A - 一种ebg结构及基于该ebg结构的毫米波微带天线 - Google Patents

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卢煜旻
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Abstract

本发明公开了一种EBG结构，包括金属接地板、介质基板、金属贴片和导电过孔构成，所述金属贴片为多边形结构，所述金属贴片和金属接地板分别位于介质基板的上表面和下表面，所述导电过孔设置在金属贴片的中心用于将所述金属贴片和所述金属接地板连接；同时还公开了一种基于EBG结构的毫米波微带天线，包括微带天线和布设在所述微带贴片天线周围的多个EBG结构，通过使用EBG结构，使得毫米波微带天线其天线增益提高2‑3dB，此外对于已经设计好的微带天线，通过增加本申请的EBG结构，由无需对馈电网络进行重新设计、无需对整个***进行优化设计以及验证，从而节省时间，同时节约成本。

Description

一种EBG结构及基于该EBG结构的毫米波微带天线
技术领域
本发明属于天线技术领域，具体地说是涉及一种基于EBG结构的毫米波微带天线。
背景技术
近年来，随着移动通信的快速发展，无线移动通信也得到了广泛应用。天线是无线移动通信***的重要组成部分，负责无线信号的收发。在诸多天线种类中微带天线以其体积小、重量轻、平面结构易于与IC器件集成、易于批量加工以及成本低等众多优点得到了广泛应用。
对于已经设计好的微带天线，想要提高增益，需要增加更多的天线单元，由于天线单元数的改变就需要对馈电网络进行重新设计、优化以及验证，同时，如果此天线应用于雷达***等领域，还需要对整个***进行优化设计，造成时间和成本上的极大浪费。
发明内容
本发明的目的是提供一种EBG结构及基于该EBG结构的毫米波微带天线，在不改变原有天线的基础上，通过增加EBG(Electromagnetic Band Gap)结构，实现天线增益的提高。
为解决上述技术问题，本发明的目的是这样实现的：
一种EBG结构，包括金属接地板、介质基板、金属贴片和导电过孔构成，所述金属贴片为多边形结构，所述金属贴片和金属接地板分别位于介质基板的上表面和下表面，所述导电过孔设置在金属贴片的中心用于将所述金属贴片和所述金属接地板连接。
在上述方案的基础上并作为上述方案的优选方案：所述金属贴片为六边形。
在上述方案的基础上并作为上述方案的优选方案：所述介质基板是材质为FR4、介电常数为4.4、损耗角正切为0.025、厚度为1mm的PCB板。
在上述方案的基础上并作为上述方案的优选方案：所述导电过孔为通孔或盲孔。
在上述方案的基础上并作为上述方案的优选方案：一种基于EBG结构的毫米波微带天线，包括微带天线和环绕在所述微带贴片天线周围的多个EBG结构，所述EBG结构包括金属接地板、介质基板、金属贴片和导电过孔构成，所述金属贴片为多边形结构，所述金属贴片和金属接地板分别位于介质基板的上表面和下表面，所述导电过孔设置在金属贴片的中心用于将所述金属贴片和所述金属接地板连接。
在上述方案的基础上并作为上述方案的优选方案：一种基于EBG结构的毫米波微带天线，包括微带天线和相距所述微带贴片天线设定距离的多个EBG结构，所述EBG结构按照周期性的前后交错方式排布，所述EBG结构包括金属接地板、介质基板、金属贴片和导电过孔构成，所述金属贴片为多边形结构，所述金属贴片和金属接地板分别位于介质基板的上表面和下表面，所述导电过孔设置在金属贴片的中心用于将所述金属贴片和所述金属接地板连接。
本发明相比现有技术突出且有益的技术效果是：
1、对于已经设计好的微带天线，通过增加本申请的EBG结构，由无需对馈电网络进行重新设计、无需对整个***进行优化设计以及验证，从而节省时间，同时节约成本。
2、通过实际的实验验证，使用本申请的EBG结构的毫米波微带天线其天线增益提高2-3dB。
附图说明
图1是EBG结构示意图；
图2是金属贴片结构示意图；
图3基于EBG结构的毫米波微带天线的实施例二结构示意图；
图4是基于EBG结构的毫米波微带天线的实施例三结构示意图；
图5是EBG相位图；
图6是实施例二天线增益图；
图7是实施例三天线增益图。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部实施例。基于已给出的实施例，本领域普通技术人员在未做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。
对于已经设计好的微带天线，想要提高增益，需要增加更多的天线单元，由于天线单元数的改变就需要对馈电网络进行重新设计、优化以及验证，同时，如果此天线应用于雷达***等领域，还需要对整个***进行优化设计，造成时间和成本上的极大浪费的问题，本实施方式提出了有效的解决方案，下面结合说明书附图对本申请的技术方案进行详细的说明。
实施例一
结合图1-2，本实施方式公开了一种EBG结构，包括金属接地板4、介质基板3、金属贴片1和导电过孔2构成，金属贴片1为多边形结构，金属贴片1和金属接地板4分别位于介质基板3的上表面和下表面，导电过孔2设置在金属贴片1的中心用于将金属贴片1和金属接地板4连接。本实施方式的EBG结构具有频率禁带的特性，介质基板表面的多边形金属贴片作用相当于电容，金属过孔的作用相当于电感，两者组合形成LC谐振电路，在某一段频带内，反射电磁波，通过研究发现，当相位处于-90°～+90°范围内时，(结合图5)其作用相当于理想磁导体，对电磁波进行0°相位反射，因此与天线组合时，电流的相位为同相，对工作频段的电磁波实现同相反射，进而增加天线的增益。
本实施方式优选介质基板是材质为FR4、介电常数为4.4、损耗角正切为0.025、厚度为1mm的PCB板；优选金属贴片1为六边形，当然也可以是三角形、四边形以及其他多边形结构；同时优选导电过孔为通孔或盲孔。
实施例二
结合图3，本实施方式公开了一种基于EBG结构的毫米波微带天线，包括微带天线5和环绕在所述微带贴片天线周围的多个EBG结构，EBG结构包括金属接地板4、介质基板3、金属贴片1和导电过孔2构成，金属贴片1为多边形结构，金属贴片1和金属接地板4分别位于介质基板3的上表面和下表面，导电过孔2设置在金属贴片1的中心用于将金属贴片1和所述金属接地板4连接。
需要说明的是，本实施方式中的微带天线5由辐射贴片51、匹配网络以及介质基板构成，其中辐射贴片用于实现电磁波的发射和接收，形状矩形；匹配网络用于将天线和其他***进行匹配，减少反射；介质基板是材质为FR4、介电常数为4.4、损耗角正切为0.025、厚度为1mm的PCB板。
其增益效果见图6，通过使用EBG结构，对电磁波进行0°相位反射，因此与天线组合时，电流的相位为同相，对工作频段的电磁波实现同相反射，进而增加天线的增益，本实施方式的毫米波微带天线的天线增益相对比不使用本申请EBG结构的毫米波微带天线，其天线增益增加2-3dB。
实施例三
结合图4，本实施方式公开了一种基于EBG结构的毫米波微带天线，包括微带天线5和相距微带贴片天线设定距离的多个EBG结构，EBG结构按照周期性的前后交错方式排布，EBG结构包括金属接地板4、介质基板3、金属贴片1和导电过孔2构成，金属贴片1为多边形结构，金属贴片1和金属接地板4分别位于介质基板3的上表面和下表面，导电过孔2设置在金属贴片1的中心用于将金属贴片1和所述金属接地板4连接。
需要说明的是，本实施方式中的微带天线5由辐射贴片51、匹配网络以及介质基板构成，其中辐射贴片用于实现电磁波的发射和接收，形状矩形；匹配网络用于将天线和其他***进行匹配，减少反射；介质基板是材质为FR4、介电常数为4.4、损耗角正切为0.025、厚度为1mm的PCB板。
其增益效果见图7，通过使用EBG结构，对电磁波进行0°相位反射，因此与天线组合时，电流的相位为同相，对工作频段的电磁波实现同相反射，进而增加天线的增益，本实施方式的毫米波微带天线的天线增益相对比不使用本申请EBG结构的毫米波微带天线，其天线增益增加2-3dB。
需要说明的是，实施例二和实施例三中的EBG结构并不局限于五个，可以使用更多数量的EBG结构，摆放形式可遍布天线四周，可根据具体场景、要求进行选择；此外，实施例三中的EBG结构相距微带天线的距离可以根据具体场景、要求进行选择以使天线增益达到最佳为准。
上述实施例仅为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种EBG结构，其特征在于：包括金属接地板、介质基板、金属贴片和导电过孔构成，所述金属贴片为多边形结构，所述金属贴片和金属接地板分别位于介质基板的上表面和下表面，所述导电过孔设置在金属贴片的中心用于将所述金属贴片和所述金属接地板连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于EBG结构的毫米波微带天线，其特征在于：所述金属贴片为六边形。
3.根据权利要求1所述的一种基于EBG结构的毫米波微带天线，其特征在于：所述介质基板是材质为FR4、介电常数为4.4、损耗角正切为0.025、厚度为1mm的PCB板。
4.根据权利要求1所述的一种基于EBG结构的毫米波微带天线，其特征在于：所述导电过孔为通孔或盲孔。
5.一种基于EBG结构的毫米波微带天线，其特征在于：包括微带天线和环绕在所述微带贴片天线周围的多个EBG结构，所述EBG结构包括金属接地板、介质基板、金属贴片和导电过孔构成，所述金属贴片为多边形结构，所述金属贴片和金属接地板分别位于介质基板的上表面和下表面，所述导电过孔设置在金属贴片的中心用于将所述金属贴片和所述金属接地板连接。
6.一种基于EBG结构的毫米波微带天线，其特征在于：包括微带天线和相距所述微带贴片天线设定距离的多个EBG结构，所述EBG结构按照周期性的前后交错方式排布，所述EBG结构包括金属接地板、介质基板、金属贴片和导电过孔构成，所述金属贴片为多边形结构，所述金属贴片和金属接地板分别位于介质基板的上表面和下表面，所述导电过孔设置在金属贴片的中心用于将所述金属贴片和所述金属接地板连接。
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