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随着无线通信的发展,人们对大数据量文件传输和高清视频等业务的需求增加,免许可的60GHz毫米波频带(57-64GHz)以宽达7GHz的带宽越来越吸引人们的注意。然而,毫米波频带电磁波存在严重的氧气吸收和路径损耗,因而要求毫米波系统中的关键器件——天线具有宽带和高增益等性能。所以研究设计宽带、高增益的天线具有理论意义和应用价值。电磁带隙结构主要有两个重要的特性:表面波带隙(EBG)特性和同相反射相位(AMC)特性。利用EBG结构的表面波带隙特性可以用来提高天线的增益特性;利用EBG结构的同向反射带隙特性可以设计低剖面的反射板天线;利用EBG作为覆层可以提高天线的增益和定向性。本文针对60GHz毫米波通信系统对宽带、高增益天线的需求来设计新型宽带隙UC-EBG结构,并将其应用于毫米波天线以提高天线性能。首先,本文以宽带隙EBG为目标,基于常见的高阻抗表面型EBG和UC-EBG结构设计了六种新型的EBG。包括一种新型的高阻抗表面型EBG (SS-ML-EBG)和五种共面紧凑型 EBG (IS-UC-EBG、#S-UC-EBG、LS-UC-EBG、ILS-UC-EBG、CFL-UC-EBG)。主要采用迭代、回环、表面开槽、增加等效电感、改变基板厚度等方式来设计和优化EBG,设计的EBG都工作于60GHz频率附近,因而设计的EBG可被应用于60GHz高频微波天线中。其次,介绍了一种U型微带贴片天线,通过在U型微带贴片天线辐射片上应用开槽技术增加了天线的谐振点,因此增加了天线的总带宽。为了提高U型开槽微带天线的增益性能,将设计的改进回环型共面紧凑型EBG放置在天线辐射片的周围,经过分析发现加载EBG后的天线比原来的天线带宽展宽了 1.9GHz、增益增加了 2. 85dBi。最后,为了满足毫米波系统对高增益性能天线的要求,设计了一种密集介质贴片天线,并采用一维EBG作为覆层来增加天线的增益和定向性。为了增加天线的带宽采用了双层覆层结构,最终设计的双覆层密集介质天线的带宽增加了 0.85%,增益提高了 7. 9dBi,增益最高达到了14.6dBi。上述研究结果为设计可用于毫米波频段的宽带隙UC-EBG结构提供了指导,为EBG结构在天线中的应用提供了新的思路。