EBG大小减少低介电常数基质

文摘

双层和边缘位置通过技术相结合对电磁带隙电磁带隙)(规模减少。所需数量的元素及其研究维度进行为了抑制表面波传播模式,从而减少相互之间的耦合辐射元素low-permittivity基质。通过应用这些技术,电磁带隙蘑菇的大小减少30%;然而,带宽操作维护其价值,这些结构可以集成天线辐射元素之间广泛的带宽。

1。介绍

低调的集成天线要求小(1]。为了减少天线的大小或增加工作频带,high-permittivity基质。然而,这种类型的基质,增强表面波传播模式,有强大的相互耦合(2]。在阵列天线,分离元素之间不应高于为了避免光栅叶和高方向性。最后关于辐射元素之间的分离条件增加了元素是相互耦合,因为近,他们有更强的相互作用。

最常见的相互耦合技术是减少腔结构(3),非均匀进料分布(4),不平等的空间分布(5],叛逃地平面(文章)6),但最近,使用电磁带隙)(结构。电磁带隙结构的引入几行两个印刷天线证明增加隔离(7]。然而,当使用low-permittivity基质为了提高辐射效率、印刷天线元素的大小增加,以及辐射元素之间的可用空间是不够的介绍电磁带隙行必要的数量。

贴片天线被发现有很强的相互耦合由于严重的表面波在厚和high-permittivity基质。在文献中,可以发现各种各样的作品超材料申请减少这种影响。在[7电磁带隙蘑菇),四行之间插入贴片天线和厚度(毫米)衬底。在这个配置中,减少8分贝的相互耦合。在[8),不同的底物结合;辐射元素被停职一本厚厚的泡沫层为了增加带宽,电磁带隙结构,与此同时,印在薄high-permittivity减少尺寸和表面波抑制生长的基质。在[9),通过使用edge-located通过,电磁带隙是蘑菇状的大小减少20%。其他策略,在10),使用叉子的形状。fork-like占领的区域结构小于25%的蘑菇型结构。此外,微机电系统(MEMS),和可重构的阻带。另一个技术是研究金属条的使用。基本上,我们的想法是与软表面电磁带隙的概念结合起来。比较电磁带隙表面和蘑菇状波纹和条式软表面所示(11]。在使用这个stripe-type12,13),以减少相互耦合。最后,双波段平面软表面是在开发的14];两种规格的混合为了得到双重禁带。电磁带隙结构由于其选频特性,这些可以作为一个过滤器。通过应用三个元素的地平面微带线,在15),隔离级别高于55分贝在第一频带(2.1 GHz)和40 dB在第二个(2.45 GHz)实现。

这项工作的主要目的是将多层技术通过[与边缘位置16电磁带隙大小]找到新的解决方案减少在使用厚,low-permittivity基质(在本例中蘑菇型(17])。通过应用多层结构,不同的形状和边缘位置通过,有效的大小减少30%,电磁带隙结构和适应之间的印刷天线。本文组织如下。电磁带隙材料提供了理论的概述部分2。部分3致力于研究不同的解决方案来获得表面波抑制特性。节4电磁带隙拓扑,不同、大小和数量的模拟时间和建造,以减少大小的蘑菇辐射元素之间的地方。最后,在节5,得出了结论。

2。EBG理论基础

EBG技术作为应用程序出现截断频率选择表面(模拟量)17]。这些结构包括数组补丁印刷底物,与通过短路的地平面,可以可视化为蘑菇的表面,如图1。

周期小于波长时,可以有效地分析材料媒介与表面阻抗(超材料电气性能(18])。这些“蘑菇”呈现高阻抗值垂直和水平传播模式在特定的频率。在图2左边,传统的蘑菇所示,与此同时,在右边,一个多层蘑菇结构。

这种结构的行为类似于(LC电路1)。共振频率以下,表面感应,而高于共振频率,表面电容。考虑

附近的表面阻抗()远高于自由空间的阻抗,(2)描述。因此,不允许有垂直或水平传播模式。考虑 的电容是由金属板的距离,根据(3)[19)如下: 和电感(4)结构的厚度有关,因为它的价值将通过的长度如下:

分析,可以发现,带隙操作乐队成正比。因此,对于一个固定金属板的分离,电容的值,以及工作带宽可以增加增加的长度通过因此衬底的厚度,这对宽带天线来说是足够的。

最后,银杏叶提取物的结构可以被看作是弯曲干硬后,起皱的长度是通过和补丁的总和乘以2,因为它是描绘在图2。的带隙操作干硬后开始和结束时长度相似和分别产生一个频率倍频程(20.]。

3所示。表面波抑制

由于高表面阻抗,水平或垂直模式不允许在蘑菇结构在特定的频率。为了找到允许频率为每一个波向量,一个单元模拟细胞周期性条件。的设在代表里面的尺寸的单位细胞边界条件实现在特定频率的传输模式结构。在数据3(一个)和3 (b),单位细胞是对称的关于通过;因此,只有三个痕迹必须计算。然而,对于F形状图3 (c)电磁带隙结构,没有相同的尺寸和。因此,五痕迹进行分析来描述所有可能的传播模式为这些边界条件。

所有的研究开发结构low-permittivity衬底和1.143毫米的厚度。对于传统的蘑菇,原创补丁的大小在X波段(7.25 -8.4 GHz)是3毫米×3毫米,而另一方面,双层蘑菇使用2.8毫米×2.8毫米大小。最后一个配置,两堆基质使用0.762毫米和0.381毫米厚度。

电场是描述的一个特征值方程,数值求解。在数据4,5,6模式解决方案,满足边界条件。横坐标的值代表的波数满足需求在一定的频率。最低线是TM模式,而第二和第三行是TE模式。频率带隙(虚线)的表面不支持表面波传播的极化,水平或垂直,从TM波段顶部的延伸,穿过TE光带。比较原始形状和双层蘑菇产量的结果2 GHz带宽的原始形状和1.2 GHz多层的解决方案。

在这部作品中,结合多层结构(17和边缘位置通过16]因为蘑菇大小减少了。为了保持工作频带的频率(15%)和辐射效率,相同的底物(和厚度1.143毫米)。只要电感取决于衬底厚度,这已经是固定的,唯一可用的参数是电容。为了增加该参数,通过提出与边缘位置的多层结构。补丁的尺寸是2.1毫米×3.6毫米(这个值意味着30%尺寸减少的关键方向)。这个配置的布里渊图呈现在图6。在这种情况下,带宽保持其价值,但大规模减少注意到。

4所示。减少相互耦合

蘑菇补丁的大小和必要的相互耦合减少的时期数量高于low-permittivity基质的辐射元素之间的可用空间。例如,对于指导阵列天线、分离不得高于0.6为了避免光栅叶。研究这一效应,模拟方案分析提出了在图7。在这个模拟过程中,不同的拓扑(原始、双或F形状),蘑菇的大小,差距的大小和数量的元素为了获得测试表面波抑制行为。

为了验证整个过程,原型建造的4和7行。六原型输电线路电磁带隙地面(TLs)与平面安装图8。在左边,两个电路是单一的分层,中间的两个电路是两层,和最后两个电路在右边把双层与边缘位置通过(F型)。

所有使用的基板的介电常数。然而,使用四种不同的厚度值。TLs阻抗是50Ω,TLs印刷在一个0.254毫米厚衬底。蘑菇在单层情况下印刷在一个1.143毫米厚的底物,在双层印刷在0.762毫米(底层)和0.381毫米厚(上层)基质。因此,总厚度值维护数据中可以看到它的价值9(一个)和9 (b)。

在数据10,11,12,模拟结构之间的比较和衡量原型所示。电路的困难由于体积小(约1厘米)大小电路添加一些模拟和测量之间的区别。然而,LC滤波器的整体行为在一定频带是观察。比较的数据可以发现,传统的蘑菇有较大的频率操作乐队比F蘑菇形状。然而,F形状保持满足带宽和隔离的要求。

最后,解决方案隔离和可用空间之间的权衡,在抑制表面波的必要数量的时期:。在数据9(一个)和9 (b),选择拓扑结构。最终尺寸为2.1×3.6毫米,四个元素,双层结构和边缘位置通过、完成要求的可用空间(10.2毫米)2印刷天线之间的分离在和1.143毫米厚衬底。在X波段带宽操作,从7.1 GHz 8.2 GHz(15%)和10 dB的孤立,。

为了证明这个解决方案四排双层edge-located通过、EBG蘑菇介绍了两轮补丁双圆偏振。辐射元素整合在同一衬底,圆极化。元素是由一个90°/ 3 dB分支线耦合器为了得到双圆偏振。

在图(13日),场模拟显示了这两个补丁为左旋圆偏振(LHCP)。在图13 (b)可以看到,它以图形方式如何字段值衰减更快当使用双层电磁带隙结构边缘位置通过。

5。结论

本文并提出了双层和边缘位置通过减少电磁带隙大小的技术。与这些技术,减少30%的大小相比原来的蘑菇形状。F蘑菇形状保持广泛的带宽操作,这些都是为了抑制表面波模式的使用,因此,减少相互之间的耦合辐射元素low-permittivity基质。

确认

这项工作中包含的模拟进行了使用CST微波工作室2011套房在计算机仿真技术之间的合作协议(CST)和大学为马德里。作者请谢谢公司NELTEC S.A.给样品基质的原型了。这项工作一直由其批准号CH / 003/2011和sicomoro项目参考。tec2011 - 28789 - co2 - 01。

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