高阻抗表面型PBG結構貼片天線的設計

由于微帶貼片天線具有體積小、重量輕、低剖面、易加工、共形等優點，所以在軍事和民用方面都有著廣泛的應用前景。眾所周知，集成電路的基底是一些高介電常數材料，而微帶貼片天線在低介電常數基底上才能獲得最佳性能。位于高介電常數基底的貼片天線由于表面波的損耗輻射效率很低，并且頻率帶寬極窄，當應用的頻率變高時這種情況更加突出，導致貼片天線的增益和效率下降，并且在陣列情況下還會有高的交叉極化電平和互耦電平。為了實現微帶貼片天線的集成化，同時避免昂貴的基底混合技術，就必須在高介電常數基底上實現高效率的貼片天線。近年來出現的新型光子晶體貼片天線能夠較好地改善以高介電常數介質為基底的貼片天線的性能。光子晶體貼片天線是指基于光子晶體的貼片天線。所謂光子晶體，或稱PBG材料，是指將高介電常數的介質周期性的放置所產生的一種人工電磁晶體，該電磁晶體的表面波波矢圖在某一頻率范圍內出現一個頻率禁帶，簡稱禁帶。通過在貼片天線中人為的引入光子晶體結構，并利用光子晶體的禁帶效應，抑制沿基底傳播的表面波，增加天線輻射到空間的電磁波，從而改善天線的性能。本文所采用的高阻抗表面型PBG結構具有結構緊湊、帶隙性能好、可以集成等優點，在天線的設計中得到了廣泛的應用。

1 PBG天線設計
本文設計的矩形貼片天線，是中心頻率為10 GHz的矩形微帶天線(輻射元為矩形)，饋電方式選為中心側饋。采用ROGER3010材料做為基板，厚度h=1．28 mm，相對介電常數=10．2。矩形貼片的尺寸為L×W。貼片單元的尺寸由經驗公式計算可以得出：

利用ADS自帶的計算傳輸線的軟件LineCalc來計算傳輸線的寬度ω=0．162 mm。