构在微带天线阵列互耦抑制中的应用.pdf

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1、2007全国天年会论文集PBG结构在微带天线阵列互耦抑制中的应用陈振华王乾周永刚曹群生(南京航空航天大学信息科学与技术学院，江苏南京，210016)摘要：本文利用PBG结构存在频率禁带的特性来阻隔天线阵元间电磁波的传播，从而降低天线互耦。对具有不同周期数目PBG结构的微带天线阵的互耦情况进行了研究，表明PBG结构能够显著降低天线间的互耦。关键词：PBG结构，频率禁带，互耦ApplicationofPBGStructuretoDecreaseCouplingofMicrostripAntennaArr

2、ayZhenhuaChenQianWangYonggangZhouQunshengCaoCollegeofh2fonnationScienceandTechnologyNanjingUniversityofAeronauticsandAstronautics(NUAA)Nanjing，210016Abstract：InthisPaper,akindofPBGstructure，inwhichaforbidden仔equencybandexists，iSusedtodecreasethetransmi

3、tionofelectromagneticwavebetweentheelementsofantennaarray．SeveralPBGstructureswithdifferentamountofperiodsaresimulated，thesimulatedresultsshowthatthecoupfingbetweenantennaunitshasbeenlosteffectively．KeYwords：PBGstructure，forbidden仔equencyband，coupling引

4、言光子晶体(PhotonicCrystal)是由具有一定光子带隙(PhotonicBandgap，PBG)的结构单元在空间周期重复而成n1，在微波及毫米波领域一般也称其为电磁带隙(ElectromagneticBandgap，EBG)结构。该结构具有频率禁带，频率落在禁带范围内的电磁波将不能传播。这种特性使得PBG结构在天线设计等领域获得了广泛的应用比'3

5、。在天线阵列环境中，由于各阵元间存在能量上的相互耦合，对天线阵的性能产生了多方面的消极影响。天线间的互耦来源于两部分H1：一部分是某天线阵元到其

6、余阵元的空间辐射波；另一部分就是表面波。当阵元间距离增大时，空间波衰减比耦抑制方面的影响。一，结构设计221表面波快，表面波就占主导作用。尤其微带天线，为增加带宽，常常采用厚基板畴3，更易于激起表面波，因此PBG结构很适合于微带相控阵天线的设计。蘑菇状高阻表面(Mushroom)哺1作为一种典型的光子晶体微带天线结构，在当前微带天线设计领域较为流行。它具有设计简单、结构紧凑、带隙性能好、可以集成等优点。通过对结构的合理设计，使其表面波带隙与微带天线工作频率重合，可以抑制天线所激励的表面波，阻隔阵元间

7、电磁波的传播，降低互耦。本文将这种PBG结构应用于二元微带天线阵列的设计中，通过对若干组具有不同周期数目的Mushroom结构的仿真比较，揭示了该PBG结构在微带天线阵互．2007全国天年会论文集图1二元微带天线阵列在厚度为h的同一块基板上设置两个相间一定距离的天线辐射贴片，两天线贴片之间采用Mushroom高阻表面这种PBG结构进行隔离。如图2所示，PBG结构使用金属方形单元，通过穿透介质层的圆柱形金属过孔与接地板相连。方形金属单元边长w=3．7mm，单元间距为g=0．37mm，周期长度a=w+g

8、=4．07mm，金属过孔半径，为0．3mm。两周期结构所形成的等效电容C。、电感L．的粗略表达式哺1C。：—W(el—+e2)arc乃(旦)(1)。万‘g对于两层Mushroom结构而言，fq2eo{乏=0‰(2)lt：风h整个PBG结构可等效为一个并联LC谐振电路。进而可以估算厶=—；=4．3GHz。即在谐振频率。2zcdLC4．3GJ战附近可以形成表面波的频率禁带。再通过设计优化得出天线的相应参数，基板材料相对介电常数￡：=10．2，厚度h=3mm，天线辐射贴片尺寸为9．16mmx9．16mm，

9、使得该天线工作频率落在PBG结构的频率带隙范围内。本文分别取1列、3列、5列、7列(图1所示为5列)PBG结构，比较了相应微带天线阵与无PBG结构微带天线阵的S参数曲线及辐射方向图，以判断其对天线性能的影响。二，结果和分析我们先对无PBG结构的二元微带天线阵列进行了仿真计算，然后保持天线其它参数不变，分别加上1列、3列、5列、7列(每列含12个周期单元，如图1所示)PBG结构，并对相应的微带天线阵列进行仿真，得到对应的Sll、$21参数曲线，如图2所示。从中我们可以判