構(gòu)在微帶天線陣列互耦抑制中的應(yīng)用.pdf

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1、2007全國天年會(huì)論文集PBG結(jié)構(gòu)在微帶天線陣列互耦抑制中的應(yīng)用陳振華王乾周永剛曹群生(南京航空航天大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，江蘇南京，210016)摘要：本文利用PBG結(jié)構(gòu)存在頻率禁帶的特性來阻隔天線陣元間電磁波的傳播，從而降低天線互耦。對(duì)具有不同周期數(shù)目PBG結(jié)構(gòu)的微帶天線陣的互耦情況進(jìn)行了研究，表明PBG結(jié)構(gòu)能夠顯著降低天線間的互耦。關(guān)鍵詞：PBG結(jié)構(gòu)，頻率禁帶，互耦A(yù)pplicationofPBGStructuretoDecreaseCouplingofMicrostripAntennaArr

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

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

4、言光子晶體(PhotonicCrystal)是由具有一定光子帶隙(PhotonicBandgap，PBG)的結(jié)構(gòu)單元在空間周期重復(fù)而成n1，在微波及毫米波領(lǐng)域一般也稱其為電磁帶隙(ElectromagneticBandgap，EBG)結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)具有頻率禁帶，頻率落在禁帶范圍內(nèi)的電磁波將不能傳播。這種特性使得PBG結(jié)構(gòu)在天線設(shè)計(jì)等領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用比'3

5、。在天線陣列環(huán)境中，由于各陣元間存在能量上的相互耦合，對(duì)天線陣的性能產(chǎn)生了多方面的消極影響。天線間的互耦來源于兩部分H1：一部分是某天線陣元到其

6、余陣元的空間輻射波；另一部分就是表面波。當(dāng)陣元間距離增大時(shí)，空間波衰減比耦抑制方面的影響。一，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)221表面波快，表面波就占主導(dǎo)作用。尤其微帶天線，為增加帶寬，常常采用厚基板疇3，更易于激起表面波，因此PBG結(jié)構(gòu)很適合于微帶相控陣天線的設(shè)計(jì)。蘑菇狀高阻表面(Mushroom)哺1作為一種典型的光子晶體微帶天線結(jié)構(gòu)，在當(dāng)前微帶天線設(shè)計(jì)領(lǐng)域較為流行。它具有設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、結(jié)構(gòu)緊湊、帶隙性能好、可以集成等優(yōu)點(diǎn)。通過對(duì)結(jié)構(gòu)的合理設(shè)計(jì)，使其表面波帶隙與微帶天線工作頻率重合，可以抑制天線所激勵(lì)的表面波，阻隔陣元間

7、電磁波的傳播，降低互耦。本文將這種PBG結(jié)構(gòu)應(yīng)用于二元微帶天線陣列的設(shè)計(jì)中，通過對(duì)若干組具有不同周期數(shù)目的Mushroom結(jié)構(gòu)的仿真比較，揭示了該P(yáng)BG結(jié)構(gòu)在微帶天線陣互．2007全國天年會(huì)論文集圖1二元微帶天線陣列在厚度為h的同一塊基板上設(shè)置兩個(gè)相間一定距離的天線輻射貼片，兩天線貼片之間采用Mushroom高阻表面這種PBG結(jié)構(gòu)進(jìn)行隔離。如圖2所示，PBG結(jié)構(gòu)使用金屬方形單元，通過穿透介質(zhì)層的圓柱形金屬過孔與接地板相連。方形金屬單元邊長w=3．7mm，單元間距為g=0．37mm，周期長度a=w+g

8、=4．07mm，金屬過孔半徑，為0．3mm。兩周期結(jié)構(gòu)所形成的等效電容C。、電感L．的粗略表達(dá)式哺1C。：—W(el—+e2)arc乃(旦)(1)。萬‘g對(duì)于兩層Mushroom結(jié)構(gòu)而言，fq2eo{乏=0‰(2)lt：風(fēng)h整個(gè)PBG結(jié)構(gòu)可等效為一個(gè)并聯(lián)LC諧振電路。進(jìn)而可以估算厶=—；=4．3GHz。即在諧振頻率。2zcdLC4．3GJ戰(zhàn)附近可以形成表面波的頻率禁帶。再通過設(shè)計(jì)優(yōu)化得出天線的相應(yīng)參數(shù)，基板材料相對(duì)介電常數(shù)￡：=10．2，厚度h=3mm，天線輻射貼片尺寸為9．16mmx9．16mm，

9、使得該天線工作頻率落在PBG結(jié)構(gòu)的頻率帶隙范圍內(nèi)。本文分別取1列、3列、5列、7列(圖1所示為5列)PBG結(jié)構(gòu)，比較了相應(yīng)微帶天線陣與無PBG結(jié)構(gòu)微帶天線陣的S參數(shù)曲線及輻射方向圖，以判斷其對(duì)天線性能的影響。二，結(jié)果和分析我們先對(duì)無PBG結(jié)構(gòu)的二元微帶天線陣列進(jìn)行了仿真計(jì)算，然后保持天線其它參數(shù)不變，分別加上1列、3列、5列、7列(每列含12個(gè)周期單元，如圖1所示)PBG結(jié)構(gòu)，并對(duì)相應(yīng)的微帶天線陣列進(jìn)行仿真，得到對(duì)應(yīng)的Sll、$21參數(shù)曲線，如圖2所示。從中我們可以判