电磁带隙EBG的特性

电磁带隙（EBG）一般具有高阻抗和同相反射的特性。由于它能抑制表面波的传播，在天线设计中能作为反射器来提高天线的增益。结构与天线间的距离通常远小于1/4波长。因此，在阵列天线中，电磁带隙结构能减少天线单元间的互相作用，减小天线的体积。在可穿戴天线的研究中，电磁带隙结构能降低天线对人体的辐射效应，提高天线增益，是一个很好的选择。典型的蘑菇形（Mushroom-like）电磁带隙结构最早由Dan Sievenpiper等人提出，这里将引用其作为引例来研究其基本的特性。

一、等效电路

当HIS结构与电磁波相互作用时，矩形金属贴片产生相应的感应电流，同时，因受到平行于贴片的电压作用，会导致电荷在两相邻贴片末端之间大量积累，其可用电容来描述。而这些电荷又会沿着方形贴片、金属化通孔和地板的路径来回流动，与这些电流联系在一起的就是磁场和电感。

1）电容计算

D表示金属贴片的边长，P表示两金属化过孔之间的间距，Vh表示介质基片的厚度，g表示两金属贴片之间的间距，R表示金属化通孔的直径

2）电感计算

3）阻抗计算

• 当传播信号的频率f大于谐振频率f0时，ZEBG < 0，EBG结构表面呈容抗状态，允许TE表面波传播；
• 当传播信号的频率f小于谐振频率f0时，ZEBG > 0，EBG结构表面呈感抗状态，允许TM表面波传播；

当传播信号的频率在谐振频率f0附近时，ZEBG 趋近与无穷大，EBG结构表面呈现高阻抗状态，TE和TM模式都不允许传播，因此当传播信号的频率在谐振频率附近时，EBG结构表面能形成带隙。

4) 谐振中心频率

5）带宽

BW是表面波带隙宽度，n为自由空间波阻抗。

二、性能调试

1. 金属贴片。当金属化通孔直径较小时，贴片尺寸增大时，表面波带隙向低频偏移，。且由于贴片尺寸增大，电容C也会随之增大，最终导致带隙宽度BW减少

2. 缝隙宽度。当缝隙宽度逐渐增大，表面波带隙向高频偏移，同时带隙宽度BW也会增加。这是因为随着缝隙宽度变大，等效电容C减小，再结合公式可知，工作频率和带宽就会提升

3. 金属化通孔。当增大通孔直径时，通孔处的表面电流和金属贴片的边缘场产生耦合，进而促使表面波带隙工作频段向高频偏移，带隙宽度随之减小

4. 介质基板的介电常数。当增大基板相对介电常数，导致等效电容C增大，对应的带隙工作频段则会向低频偏移，表面波带隙的工作带宽会减小

5. 介质基板厚度。增加基板厚度，会使得等效电感L增大，表面波带隙工作频带向高频偏移，对应工作带宽增大。