基于EBG的緊致型吸波覆層波導(dǎo)測試研究

1 引言

在微波毫米波領(lǐng)域，由于光子晶體結(jié)構(gòu)所具有的帶隙特性，從而使其在濾波，諧波抑止，電磁兼容等方面有著重要的應(yīng)用價(jià)值。最初，光子晶體主要應(yīng)用于光學(xué)領(lǐng)域，其結(jié)構(gòu)主要是通過介質(zhì)嵌入或鏤空等技術(shù)制成。隨著微波毫米波技術(shù)的發(fā)展，通過進(jìn)一步的深入研究，可以在微波毫米波頻段內(nèi)采用金屬結(jié)構(gòu)陣列來實(shí)現(xiàn)光子晶體的特性，于是光子帶隙結(jié)構(gòu)（PBG）又被稱為電磁帶隙結(jié)構(gòu)（EBG）。在EBG的研究中，通常人們關(guān)心EBG的表面波特性和反射相位特性。但是從空間波的角度來看，對電磁波入射到EBG陣列上的反射波幅度的研究同樣有著重要的應(yīng)用潛力。由于新型電磁結(jié)構(gòu)和材料所具有的巨大實(shí)際應(yīng)用前景，除了對其所新的特性進(jìn)行探索研究外，研究對于一些新型電磁材料的簡單、方便和有效的實(shí)驗(yàn)分析方法，在新型材料的設(shè)計(jì)和特性分析方面具有重要的實(shí)際意義。

通常，除了主要考察了這種電磁周期結(jié)構(gòu)的表面波特性，還有意的對其空間波反射特性進(jìn)行了分析。由于通常結(jié)構(gòu)具有的更為明顯的電抗特性，因此反射特性較差。為了有效的改善電抗表面電學(xué)特性，從而挖掘其在天線、吸波、隱身等方面的潛力，國內(nèi)外均進(jìn)行了大量研究。其中一種有效的方法是在相應(yīng)的電磁周期結(jié)構(gòu)中加載不同功能器件，進(jìn)而改變波入射電磁周期陣列后的反射或?qū)刑匦?，從而就可以?shí)現(xiàn)特定的功能要求。

2 測試分析模型

本文將在作者課題組此前研究的Mushroom型EBG結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，對在該結(jié)構(gòu)中加載貼片電阻的情況進(jìn)行研究。對于傳統(tǒng)的Mushroom型EBG周期陣列結(jié)構(gòu)通過恰當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)可以實(shí)現(xiàn)對于表面波的不同濾波特性，但是對于空間波由于該類型結(jié)構(gòu)通常呈現(xiàn)電抗特性因而對空間來波的反射較大。如果用加載電阻元件的這種結(jié)構(gòu)覆蓋一定的空間目標(biāo)，則可以通過電阻損耗掉一部分空間來波，進(jìn)而在一定程度上減小該目標(biāo)的散射截面。Mushroom型EBG結(jié)構(gòu)是一種在印制電路板上通過腐蝕和打通孔的方式制備的一種新型電磁材料，其結(jié)構(gòu)形式見圖1。

圖1 Mushroom型緊致EBG結(jié)構(gòu)

這種電磁材料工作在微波頻段，并可以呈現(xiàn)出帶隙特性，從而可以通過與固體物理中研究光子帶隙材料（PBG）相類似的方法來對其進(jìn)行研究。下面將波導(dǎo)分析法的基礎(chǔ)上，利用波導(dǎo)的高 特性，對EBG結(jié)構(gòu)加載集總電阻元件進(jìn)行實(shí)測研究。

表1 緊致EBG結(jié)構(gòu)幾何尺寸（單位：mm）

EBG結(jié)構(gòu)采用課題組已有兩種不同厚度的材料樣品，兩種樣品的厚度分別為1.5mm和2.5mm，其中EBG的介質(zhì)基板是相對介電常數(shù)為2.65的高頻板。其它幾何參數(shù)如表1所示。

圖2 波導(dǎo)測試方法示意圖