3 微带阵列天线的设计与分析.DOCVIP

缺陷地结构在微带天线间互耦抑制中的运用 江莉 肖绍球 王建朋 王秉中 电子科技大学物理电子学院应用物理研究所，中国成都，610054 摘要：本文（DGS）将用于微带天线的设计,利用其频率带抑制天线。仿真和实验结果均证明在比较显著的情况下,的引入可以有效的, 从而可以抑制旁瓣电平，改善原有天线的性能 关键字：互耦合，缺陷地结构，微带天线Mutual Coupling Reduction of Microstrip Antennas Using Defected Ground Structure Li Jiang, Shaoqiu Xiao, JianPeng Wang and Bing-Zhong Wang Institute of Applied Physics, School of Physical Electronics, University of Electronic Science and Technology of China, Chengdu, 610054 Abstract: An effective mutual coupling suppression method is proposed in microstrip antenna array using defected ground structure (DGS). In order to verify the performance of the presented method, the coupling between two microstrip antenna elements on thick and high relative permittivity substrate is analyzed. The comparison between the performance of antenna arrays with and without DGS indicates that the DGS structure is effective in reducing mutual coupling and improving microstrip antenna arrays performance. This structure will find attractive applications in antenna array utilities. Key Words: Mutual coupling, defected ground structure, microstrip antenna arrays 1 引言( 微带天线由于[1]。随着信息技术的发展,需要研究和发展具有更好性能的微带天线和阵列。为了获得高的增益以及获得波束扫描或波束控制等性质，需要将离散的天线单元组成阵列。在阵列环境中，天线单元之间存在能量上的相互耦合，使天线的性能降低。通常微带贴片间的互耦是由空间波和表面波同时引起的。研究表明，当天线的介质基片厚度较小时，单元间耦合主要是通过空间波进行的，表面波的影响可以忽略不计。对于较厚的基片，表面波的影响将加大，介质基片越厚，激励起的表面波模数越多，将有更多的功率耦合到激励起的多个模式中。当两天线单元间距超过一定数值时，表面波的耦合开始起主导作用。互耦效应的存在将影响天线的方向图，输入阻抗以及阵列的增益，在天线阵的设计中必须考虑。 为了减小天线单元之间的互耦，文献[2,3]采用了光子带隙（photonic bandgap）。这种或[4，5] (EBG)的带隙特性抑制表面波的传播，降低天线互耦。EBG结构是由若干个单元组成的阵列构成，因此结构分析比较复杂。和PBG结构类似，DGS结构也是通过在电路的接地板上刻蚀出缺陷图案（defected pattern）（bandgap）（slow-wave）EBG（PBG）DGS结构的优点在于无需建立周期结构即可在某些频率点产生谐振，提供良好的带隙特性，且只需用一个简单的LC等效电路模型就可表征，可进行电路级快速分析。在同等工艺条件和性能要求上，对考虑电路尺寸而带来经济成本变动较敏感的集成电路行业而言，以及当前对无线通信设备的小型化需求，DGS结构比EBG（PBG）[6-9]。然而据作者所知，很少有文献研究DGS对阵列天线单元之间互耦的作用。本文利用Ansoft HFSS仿真软件分析DGS的频率特性,利用电磁场仿真结果和Ansoft Designer的电路仿真结果提取其等效电路的参数值，并研究缺陷地结构对阵列天线单元之间互耦以及天线性能的影响。为充分说明DGS结构对天线性能参数的影响，文中还同时给出了具有相同结构尺寸的普通贴片天线阵列的性能参数，并将两者进行了比较。 2 DG