缺陷地结构在多微带天线间互耦抑制中的运用

3  微带阵列天线的设计与分析

高介电常数有利于减小天线单元尺寸，而增加介质厚度可以展宽带宽。但是这样也会使表面波的激励更严重，从而导致强烈的耦合以致天线性能降低。文献[10]研究了介电常数和介质厚度对微带天线单元之间耦合的影响。研究表明,当基板较厚时，微带天线阵元E面的互耦在介电常数较大时比较强烈，而H面的互耦在介电常数比较小的时候比较强烈。在这里我们选取介电常数为10.2 ,基板的厚度为2mm的基底，此时，E面的互耦明显强于H面的互耦。我们设计了一个使用同轴馈电的E面耦合的二元阵，结构如图4。微带天线单元的尺寸为：6.8mm × 4mm，两天线单元之间的距离为36.9mm (0.75lg)。

为了降低E面的耦合，我们在阵元之间引入DGS结构，当天线的辐射频率正好落在DGS的带阻频段的时候，表面波被抑制，从而减小了阵元之间的耦合。

图3  DGS单元的仿真结果

(a)

(b)

图4  二元天线阵结构图(a)俯视图(b)背视图

我们分别计算和测试了带有DGS结构和不带DGS结构两种情况下的插入损耗和回波损耗，如图5、图6所示。基板不加DGS结构的普通贴片天线阵列的工作频率为f ₀= 6.04 GHz，引入DGS结构之后，天线的工作频率几乎没有偏移，这说明DGS对天线谐振频率的影响很小。从S₂₁参数可以看出，在天线单元E面间引入DGS结构以后，天线之间的耦合明显降低。在工作频率上，天线阵元之间的耦合从没有DGS结构存在时的-16.9dB降低到了有DGS结构时的-25.9dB,减小了9dB。

图5  仿真与测试的回波损耗

图6  仿真与测试的插入损耗