微带阵列天线的设计与分析.DOC

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：本文给出一种利用缺陷地（DGS）结构有效抑制微带天线阵元之间耦合的方法。将缺陷地结构用于微带天线阵的设计中,利用其频率带阻特性抑制天线单元间的耦合。为了证明这种方法的有效性，我们分析了在较厚的介电常数较大的基板上的两个微带天线单元的耦合。仿真和实验结果均证明在单元耦合比较显著的情况下,缺陷地结构的引入可以有效的减小天线单元间的耦合, 从而可以抑制旁瓣电平，改善原有天线的性能。该结构在微带天线阵列单元互耦抑制中具有良好的应用前景。 关键字：互耦合，缺陷地结构，微带天线阵列 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( 微带天线由于具有其相对于其它天线的独特优点，广泛应用于各种通信系统以及雷达、遥感勘测、导航以及生物医学等其它领域[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）结构。这种结构或者是在地板上蚀洞或者是在介质中打孔，以形成对于表面波传播模式的频率阻带，从而抑制表面波，减小耦合。这种方法虽然可以提高天线的辐射效率，但要在介质中周期性的打孔，制作过程麻烦，而在地板上大量蚀刻周期图案将导致天线的放置受到限制。文献[4，5]则利用电磁带隙材料 (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），以改变电路衬底材料有效介电常数的分布，从而改变基于该介质上微带线的分布电感和分布电容，进而使得此类微带线具有带隙（bandgap）特性和