基于地平面交叉槽DGS图的矩形阵列带宽增强

Lokeshwari Kartikey和Sunil Kumar Singh

印度贾巴尔普尔工程学院ECE系工学学士
印度贾巴尔普尔工程学院欧洲经委会系助理教授。

摘要

本文提出了一种新的矩形微带阵列带宽增强的紧凑设计。实现带宽增强的基础是通过超材料结构。研究了EBG和DSG两种超材料。超材料结构用于进一步提高天线性能，抑制表面波，改善设计特性。本文在地平面上开了两个交叉槽，提高了参考天线的带宽。这种形状产生的带宽范围从15.30 GHz到17.66 GHz，阻抗带宽为2.3649 GHz，而没有DSG的参考天线的阻抗带宽为290 MHz。

关键字

矩形贴片阵列，EBG, DGS，改良地，缺陷地，HFSS-13。

我的介绍。

近年来出现了一种新技术，这可能是发展宽带微带天线的关键。该技术以完全禁止表面波形成的方式操纵基板，从而提高了天线效率和带宽，同时降低了旁瓣和电磁干扰水平。这些基底包含所谓的光子晶体。也被称为电磁带隙(EBG)结构和电磁带隙材料(EBMs)，是一类周期性金属，介电或复合结构，表现出一个禁带，或带隙的频率，其中波从各个方向入射破坏性干扰，因此不能传播[6]。基于晶体结构的尺寸周期性，带隙可以在一个平面，两个平面，或三维平面，随着尺寸的增加，复杂性的水平增加。通过移除或添加具有不同介电常数、大小或形状的材料来扰动EBG结构，在允许电磁模式的禁止间隙中创建“缺陷”状态，并发生能量的局部化。但是，在实现EBG时，周期模式的实现需要很大的面积，EBG[9]的单元元素的定义也很困难。而缺陷地结构(DGS)具有与EBG相似的微波电路特性。本文主要研究了双元微带贴片天线阵列在均匀衬底上的作用，该衬底具有DGS结构[1]和[6]。

在这种情况下，微带天线的接地通过蚀刻接地面而产生缺陷。最近，人们研究了许多形状的哑铃:圆形哑铃和同心圆环形[1]。Yuli Zulkifli, Susy Tri Lomorti, Eko Tjipto Rahardjo在“基于等腰三角缺陷地面结构[1]的三角贴片线阵微带天线的改进设计”中提出，DGS的应用是抑制贴片天线的谐波抑制交叉极化辐射，改善阻抗匹配，提高带宽和增益。Nasimuddin，陈志宁和清献明在“一种紧凑的圆极化十字形开槽微带天线[3]”中提出了提高天线带宽和增益的十字形图案。刘伟星，尹胤增，徐文龙，左少利，“带带宽增强的小型开槽天线[8]”，本文提出了一种地平面上的倒l型开槽天线和一种线性锥形开槽天线来增强阻抗带宽。本文提出了在地平面上有两个槽的两个矩形微带天线阵列。这种DGS形状可以提高参考天线的天线性能。在地平面上切割两个十字形槽。天线的辐射性能由DGS的尺寸来表征，并通过将DGS定位在特定位置来优化以提供宽带宽。加入该槽形DGS得到EBG效果。利用HFSS-13仿真软件对阵列进行仿真验证。

2天线阵列设计

天线阵列如图1所示。该阵列由两个矩形贴片阵列组成，采用微带线馈电。用下列经典方程设计阵列[2]，[5]。

接地面尺寸为12.91mm × 27.55mm。为了制造天线，Roger RT/ duroid 5880 (tm)被使用。介电材料的厚度' h '为。254 mm， ε_r= 2.2，切向损耗为。0009。该微带贴片天线长7.3 mm，宽6mm，矩形贴片之间间隔14.52mm，采用四分之一波长阻抗变压器[3]实现阻抗匹配。该网络的中心线为100，由50Ω传输线在其中心馈电。阻抗通过70:7四分之一波长线转换为50Ω，如图1 (a)所示。图1 (b)为槽的尺寸和位置，优化后的槽宽度为5.452mm，横型为长8.8 mm，宽0.2 mm。

3仿真与结果

本节概述了使用HFSS-13阵列的结果，并分析了有和没有地面结构缺陷的1×2阵列。图2显示了有和没有地面缺陷槽(DGS)天线设计时回波损失的仿真结果。

无DGS谐振的天线，频率为16.14 GHz，回波损耗为-25.9 dB，带宽为290 MHz。而DGS天线的谐振频率分别为15.60 GHz和17.24 GHz，回波损耗分别为-16.82 dB和-22.29 dB。地槽抑制了天线的谐波，提高了天线的带宽，改善了天线的性能特性。DSG天线的阻抗带宽为2.3649 GHz，比参考天线的阻抗带宽提高了2.70 GHz。

天线的另一个重要性能参数是驻波比。对于无损天线，其值为1，但由于欧姆损耗、失配损耗、贴片之间的相互耦合效应降低了天线性能。从图3可以看出，在较宽的频率范围内，有缺陷的地面天线的驻波比更好，最佳值为1.15，而参考天线的距离较小，最小值为1.10。图4显示了天线的辐射图，由于天线的交叉槽结构，功率也向下侧辐射，但DGS有所改善。

四。结论

对该阵列进行了仿真，并对所获得的性能进行了评价。介绍并分析了超材料结构周期交叉槽的应用。结果表明，采用交叉槽可以提高微带天线的带宽性能。这种形状产生的带宽范围从15.30 GHz到17.66 GHz，阻抗带宽为2.3649 GHz，而没有DSG的参考天线的阻抗带宽为290 GHz。

不同的衬底类型、介电常数、衬底厚度和不同的进给方式等基本参数可以改进设计。设计不同的EBG结构进行比较。在此基础上，我们还可以设计出适用于不同工作频率，甚至适用于多频带频率的EBG结构。

数字一览


图1	图2	图3	图4

参考文献

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