王新延 高振斌 郑宏兴

摘要 基于缺陷地结构设计了一款低耦合阵列天线，该天线工作频率为5.8 GHz，整体尺寸为45 mm × 55 mm × 1.52 mm。缺陷地结构呈左右两侧带有锯齿的条状，组成2×1阵列的形式加载至接地表面。在天线阵元边到边间距为0.050 2 λ0的前提下，天线在5.8 GHz处的耦合度降低了28.8 dB，主瓣增益提升了0.3  dB，同时天线尺寸减小了0.57 mm，包络相关系数低于0.03，满足S11 < -10 dB的工作带宽有170 MHz（5.722～5.892 GHz）。结果表明该缺陷地结构可以有效地抑制沿H面放置的天线表面波传播，改善天线阵元间的互耦。

关 键 词 阵列天线;H面耦合;缺陷地结构;包络相关系数

中图分类号 TN82     文献标志码 A

Abstract A low-coupling array antenna with small size of 45 mm×55 mm×1.52 mm is presented based on defected ground structure （DGS）. The antenna elements are placed in H-plane coupling and the working frequency is 5.8 GHz. The DGS unit is a strip serrated on both sides， which is inserted between antenna elements in a 2×1 array form. The reduction of 28.8dB in the mutual coupling between two antennas with 0.050 2 λ0（edge-to-edge distance）at 5.8 GHz and improvement of 0.3 dB in gain， a  shortening  of 0.57 mm in size， bandwidth of 170 MHz （5.722-5.892 GHz） in S11 < -10 dB and the envelope correlation coefficient （ECC） less than 0.03. The results show that the DGS can effectively suppress the surface wave propagation and reduce the mutual coupling between the antenna elements.

Key words array antenna; H-plane coupling; DGS; ECC

0 引言

隨着无线通信系统快速发展，用户对信道容量和通信质量要求越来越高，微带天线因其制作简单、尺寸小、低剖面、单向辐射等特性常以阵列的形式应用于卫星和医疗系统[1]。微带阵列天线充分利用空间资源在不增加带宽和发射功率的前提下满足用户需求。但在有限的空间放置多个天线阵元激发的互耦效应严重影响了天线性能进而导致信号失真影响整个通信系统。微带天线阵元间的互耦通常由空间波和表面波共同激发而成，文献[2]介绍了在微带天线中，除了由直接辐射形成的空间波以外，还可以激发表面波从而产生轴向辐射，这些表面波能够传播到辐射贴片外部的介质板中以地表面电流的形式传递耦合能量。文献[3]研究表明当介质板较厚（厚度大于0.3×λ0×εr（?1/2）/（2×π））、介电常数较大时，激发的表面波模式数量就会明显增多，此时表面波强于空间波。反之，空间波占主导地位。因此，针对微带阵列天线的去耦合研究至关重要。为解决微带阵列天线设计中存在的耦合问题，适应天线小型化的发展，通常采用缺陷地结构，这种方法对于表面波耦合的抑制是最有效、最容易实现的。……