基于地面腐蚀型光子晶体的多频微带天线的设计

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1、基于地面腐蚀型光子晶体的多频微带天线的分析与设计摘要：在C型缝隙微带天线中引入光子晶体结构，设计了一种基于PBG结构的多频微带天线，此PBG结构是在C型缝隙微带天线的接地板上腐蚀出周期性E型图案，并采用基于有限元方法的电磁仿真软件AnsoftHFSS10.0对所设计的天线进行了仿真分析。结果表明，与普通的C型缝隙天线相比，PBG结构的引入在一定程度上改善了天线的多频工作带宽，且天线的多频辐射特性得以显著改善。当谐振频率为2.40GHz时，天线水平方向上的辐射被削弱了5.775dB；在谐振频率为3.64GHz时，其增益增加了0.585d

2、B，前后比提高了4.573dB；当谐振频率为4.56GHz时，天线的主瓣分离现象得以有效改善，且增益提高了0.263dB。从而验证了这种设计方案在抑制表面波、提高增益及改善天线的辐射特性等方面的有效性。关键词：PBG结构；C型缝隙天线；表面波；增益中图分类号：TN82文献标识码：BAnalysisandDesignofaMulti-FrequencyMicrostripAntennawithEtchedHolesontheGroundPlaneYANGhong,CHENYifen,SHAOJianXing，LIZhengHua(Col

3、legeofElectricalEngineering,ChongqingUniversityofPostsandTelecommunications,Chongqing400065,P.R.China；)Abstract:BasedontheC-shapedmicrostripslotantenna,anewPBGsubstrateformulti-frequencymicrostripslotantennaisdesigned.ThesubstratehastheE-shapedcorrodedpatternintheground

4、plateperiodically.NumericalsimulationisperformedfortheantennawithAnsoftHFSS10.0,whichisakindofsimulationsoftwarebasedonFiniteElementMethod(FEM).ComparingwiththeC-shapedmicrostripslotantenna,boththemulti-frequencycharacteristicsandradiationofthisproposedantennaareimprove

5、d.Whentheresonantfrequencyis2.4GHz,thehorizontalradiationisreducedby5.775dB;Attheresonantfrequenciesof3.64GHz,thegainincreases0.585dBandthefront-to-rearratioincreases4.573dB,Attheresonantfrequenciesof4.56GHz,theseparationoftheantennamainlobeiseffectivelyimproved,andtheg

6、ainincreases0.263dB.Theresultdemonstratesthatthestructureisefficientinimprovingtheantennagainandradiationdirectivitybysuppressingsurfacewaveofthemicrostripantenna.Keywords:PBGstructure;C-shapedslotmicrostripantenna;surfacewave;gain1引言微带天线具有体积小、重量轻，可以与导弹、卫星等载体表面共形，同时适用于印

7、刷电路技术大批量生产等优点，在军事和民用方面都有广泛的应用前景。但是微带天线中存在表面波，表面波带来了两大不利影响：一方面使能量被束缚在介质层附近不能辐射出去，从而降低了天线效率；另一方面，在介质截断处，电磁波发生辐射和绕射，引起方向图后瓣和旁瓣起伏加大，使天线容易受电子干扰。如何提高微带天线的辐射效率和抑制由表面波带来的耦合问题一直没有很好的解决[1]。近年来出现的PBG（photonicbandgap）材料，也称光子晶体，为解决上述微带天线的问题提供了新的思路。所谓PBG结构是一种人造周期结构，主要通过在一种介质中周期性地加入另一

8、种介质来获得。在光子晶体中，由于介电常数存在空间上的周期性，当电磁波在其间传播时，受周期性势场的影响（类似于电子中的Bragg散射），光波色散曲线成带状结构，出现类似于半导体的禁带的“光子禁带”[2]，落在禁带中的电磁波