Ứng dụng của EBG trong thiết kế anten chủ yếu xoay quanh việc lợi dụng các đặc tính điện từ đặc biệt của nó:
+ Phản xạ sóng phẳng với pha phản xạ bằng 0: Đặc tính này dùng để chế tạo các anten kích thước nhỏ gọn.
+ Dải tần triệt sóng mặt: Giúp cải thiện hoạt động của anten như tăng độ lợi, giảm thiểu bức xạ đuôi, bức xạ kí sinh...
Ứng dụng đặc tính pha phản xạ:
Trong thiết kế anten hầu hết có sử dụng mặt phẳng kim loại (PEC) để định hướng bức xạ về một hướng, tăng độ lợi của anten. Tuy nhiên, mặt phẳng đất phản xạ sóng phẳng tới vuông góc với pha phản xạ 1800. Như vậy, nếu thành phần bức xạ của anten đặt quá gần mặt phẳng kim loại, sóng tới và sóng phản xạ ngược pha nhau nên sẽ triệt tiêu nhau làm giảm hiệu suất bức xạ. Để khắc phục tình trạng này, anten phải đặt cách mặt phẳng kim loại ít nhất /4, như vậy sẽ làm tăng kích thước anten. [3, 14]
Với cấu trúc EBG có khả năng phản xạ sóng phẳng tới vuông góc với pha phản xạ bằng 0 (tương như mặt dẫn từ lí tưởng PCM) tại một tần số xác định và cho pha phản xạ biến thiên liên tục từ 1800 đến – 1800 đối với các tần số khác (cả PEC và PMC đều không có tính chất này). Với tính chất đó, theo nguyên lí ảnh, cấu trúc EBG sẽ tạo ra dòng điện ảnh đồng pha làm tăng cường hiệu suất bức xạ của anten đặt gần cấu trúc, nhờ đó mà có thể thiết kế anten với kích thước nhỏ gọn hơn.
Hình 2-4 dưới đây cho thấy một ví dụ về hệ số phản xạ của một cấu trúc EBG cấu tạo từ các thanh kim loại tròn đặt song song với trường E khi được chiếu tới bởi một nguồn sóng phẳng. [12]
(a) (b)
Hình 2-4: Hệ số phản xạ của mẫu vật liệu EBG
Nghiên cứu của Yang về đặc tính pha phản xạ của cấu trúc EBG hình nấm chỉ ra rằng, có thể thiết kế được anten kích thước nhỏ gọn bức xạ hướng tính mà vẫn phối hợp trở kháng tốt bằng cách sử dụng cấu trúc EBG làm mặt phẳng phản xạ với điều kiện EBG được thiết kế sao cho pha phản xạ nằm trong phạm vi 900 ± 450 trên dải tần hoạt động. [15]
Ứng dụng tính chất triệt sóng mặt:
Ta đã biết bề mặt kim loại có khả năng hỗ trợ sóng mặt là những sóng điện từ lan truyền trên mặt giao tiếp giữa hai môi trường khác nhau (ví dụ kim loại và không khí). Với anten có sử dụng mặt phẳng đất lí tưởng (PEC) kích thước hữu hạn, sóng mặt sẽ lan truyền tới biên của mặt phẳng đất và tại đó bức xạ vào không gian. Nếu có nhiều anten cùng dùng chung một mặt phẳng đất, sóng mặt có thể gây ra hiện tượng can nhiễu tương hỗ (vật liệu EBG cấu trúc hình nấm có trở kháng sóng mặt rất cao tại lân cận tần số cộng hưởng và do đó ngăn chặn sự lan truyền sóng mặt tại dải tần này). [16,17]
Trong trường hợp dùng mặt phẳng PEC, dòng điện mặt lan truyền tới biên của mặt phẳng PEC sẽ bức xạ vào không gian, giao thoa với trường bức xạ tạo ra các gợn sóng trên hướng bức xạ chính và tăng cường bức xạ đuôi. Trong khi đó, nếu dùng cấu trúc EBG làm mặt phản xạ, do có khả năng triệt sóng mặt (được thiết kế trùm lên dải tần hoạt động của anten), đồ thị phương hướng bức xạ trở nên trơn hơn và giảm thiểu bức xạ đuôi. Điều này có thể giải thích một cách trực quan, ta biết rằng cấu trúc EBG có trở kháng rất cao trong dải chắn sóng mặt, dòng điện mặt khi đó sẽ bị giới hạn trên các phần diện tích cục bộ xung quanh anten mà không thể lan truyền tới biên của mặt phản xạ, đồng nghĩa với không
bức xạ vào không gian. Tại tần số ngoài dải chắn do ảnh hưởng của sóng mặt, đồ thị phương hướng xuất hiện nhiều búp sóng và bức xạ đuôi được tăng cường.
(a) (b)
Hình 2-5: Giảm sóng bề mặt với bề mặt trở kháng cao EBG
(a) không sử dụng EBG, (b) sử dụng EBG
Trong thực tế nghiên cứu, các cấu trúc tuần hoàn khá đa dạng cho phép ta sử dụng nó kiểm soát sự lây lan của sóng điện từ, do đó nó có thể được ứng dụng tiềm năng trong rất nhiều lĩnh vực điện từ.
Trong lĩnh vực anten chúng ta quan tâm đặc biệt, việc sử dụng cấu trúc tuần hoàn EBG làm tăng độ định hướng cho anten đồng thời cũng làm kích thước của anten nhỏ gọn hơn. Sự đa dạng của cấu trúc EBG sẽ tạo ra nhiều đặc tính ưu việt ngoài các đặc tính trên cho các anten như khả năng điều chỉnh búp sóng như hình 2-6 [18], sự linh hoạt trong phân cực, sử dụng nhiều tần số….