PBG结构的宽带圆极化天线的新设计

2 宽带圆极化天线分析

2.1 未加PBG结构的圆极化天线

图2和图3给出了未加PBG结构的一种宽带圆极化天线，采用三层介质基板，上下两辐射元均采用方形倒角贴片，通过调整空气层厚度，上下两贴片的相对尺寸以及倒角大小可以获得较好的阻抗匹配特性和圆极化特性。具体调整方法由于篇幅限制这里不作详细说明。选择天线参数：εr1=9.6，h1=0.8 mm；εr2=1.006，h2=1.0 mm；εr3=4.1，h3=1.5 mm；P1=2.56 mm，P2=4.76 mm；倒角w1=1.2 mm，w2=0.8 mm；微带线特性阻抗50 Ω，上下倒角贴片的中心重合。

天线的阻抗匹配特性和圆极化特性如图4和图5所示。由计算结果可知，这种结构的圆极化天线由于采用多层结构，拓展了阻抗匹配带宽，同时也明显改善了轴比特性。天线工作于12.5 GHz时，阻抗匹配带宽达到24.2％(VSWR<2)，3 dB轴比带宽达到8.8％，较普通圆极化天线，带宽均有成倍增加。

2.2 采用PBG结构的圆极化天线

如图6示，在上述宽带圆极化天线的基础上，通过在底层高介电常数基板上周期性挖孔，可以有效改善天线的圆极化特性。如图1所示，选择栅格周期d=6 mm，圆孔半径r=2.0 mm，εr1=9.6，h1=0.8 mm；εr2=1.006，h2=1.0 mm；εr3=4.1，h3=1.5 mm；P1=2.25 mm，P2=4.38 mm；倒角w1=1.0 mm，w2=0.9 mm；微带线特性阻抗50 Ω，上下倒角贴片的中心重合。这样使天线的工作频率正好落于PBG结构的阻带范围内。

在微带天线中采用高介电常数的基板可以减小天线尺寸，但由于基板内存在表面波，尤其是当介质板厚度和工作波长可相比拟时，表面波的影响就不能被忽略。这样在采用厚基板的时候尽管可以拓宽频带，但由于表面波损耗的增大，导致天线辐射效率下降。所以在选择介质基板厚度时，要尽可能地避免激励高次模。TM和TE模表面波的截止频率分别为：

作者：朱莉，王光明，高向军，粱建刚   来源：无线电通信技术