电磁带隙(EBG)结构的表面波抑制作用

微带天线在高介电常数衬底上的应用因其紧凑的尺寸和与单片微波集成电路的一致性而受到特别关注。

然而，使用高介电常数基板也有一些缺点。包括较窄的带宽和明显的表面波。虽然可以使用较厚的衬底来恢复带宽，但这会激发严重的表面波。

表面波的产生会降低天线效率并降低天线方向图特性。它还增加了天线阵列的相互耦合，从而导致扫描阵列的盲角。

介电常数对相互耦合的影响在不同的耦合方向上是不同的。研究发现，对于 E 平面耦合情况，高介电常数衬底上的互耦合比低介电常数衬底上的互耦合更强。相比之下，对于 H 平面耦合情况，高介电常数衬底上的互耦合比低介电常数衬底上的互耦合弱。这种差异是由于表面波沿 E 平面方向传播，因此EBG结构常用于E面排列的天线单元之间。

蘑菇状 EBG 结构由四部分组成：接地层、介电基板、金属贴片和连接通孔。

这种 EBG 结构表现出独特的表面波传播阻带。

其工作机制可以用LC滤波器阵列来解释：

电感器L是由流过通孔的电流引起的，电容器C是由相邻贴片之间的间隙效应引起的。

对于具有贴片宽度W、间隙宽度g、衬底厚度h和介电常数ϵr的EBG结构，电感L和电容C的值由以下公式确定：

预估频带间隙公式为

[1] F. Yang and Y. Rahmat-Samii, “Microstrip antennas integrated with electromagnetic band-gap (EBG) structures: a low mutual coupling design for array applications,” IEEE Transactions on Antennas and Propagation, vol. 51, no. 10, pp. 2936–2946, Oct. 2003, doi: 10.1109/TAP.2003.817983.

[2] E. Rajo-Iglesias, Ó. Quevedo-Teruel, and L. Inclan-Sanchez, “Mutual Coupling Reduction in Patch Antenna Arrays by Using a Planar EBG Structure and a Multilayer Dielectric Substrate,” IEEE Transactions on Antennas and Propagation, vol. 56, no. 6, pp. 1648–1655, Jun. 2008, doi: 10.1109/TAP.2008.923306.