高阻抗表面PBG结构贴片天线的研究与设计

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由于微带贴片天线具有体积小,重量轻,低剖面,易加工,共形等优点,所以在军事和民用方面都有着广泛的应用前景。众所周知,集成电路的基底是一些高介电常数材料,位于高介电常数基底的贴片天线由于表面波的损耗辐射效率很低,并且频率带宽极窄,当应用的频率变高时这种情况更加突出,导致贴片天线的增益和效率下降。为了实现微带贴片天线的集成化,同时避免昂贵的基底混合技术,就必须在高介电常数基底上实现高效率的贴片天线。  近年来出现的新型光子晶体贴片天线能够较好的改善以高介电常数介质为基底的贴片天线的性能。通过在贴片天线中人为的引入光子晶体结构,并利用光子晶体的禁带效应,抑制沿基底传播的表面波,增加天线辐射到空间的电磁波,从而改善天线的性能。表面波抑制的另一个作用还可以有效的削弱阵列元件之间的互耦电平,并减少同一块系统板上部件之间的相互干扰。  本文首先介绍了光子晶体结构国内外发展状况以及实现方法,为下面进一步研究奠定基础;接着讨论了光子晶体的基础知识和理论分析方法,介绍了比较常用的研究方法即布拉格散射理论和平面波法,并给出了光子晶体典型应用;然后分析了微带天线的辐射原理和设计方法,使用仿真软件设计了一款常规微带贴片天线,并求解了天线的相关参数,以此作为比照对象;然后结合光子晶体理论知识,设计了一种高阻表面型光子晶体结构,并结合该结构设计了一种新型光子晶体贴片天线,仿真结果表明:PBG天线的带宽比原贴片天线提高了约1.3%,增益提高了约1.6dB,证实了光子带隙材料的引入可以有效的抑制表面波的传播,从而改善原有天线的性能。最后在此基础上设计了一个简单的光子晶体天线二元阵,并分析了仿真结果,证明了光子晶体结构应用于天线阵列的可行性。
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