1 引言
　　微帶天線由于具有其相對于其它天線的獨特優點，廣泛應用于各種通信系統以及雷達、遙感勘測、導航以及生物醫學等其它領域。隨著信息技術的發展，需要研究和發展具有更好性能的微帶天線和陣列。為了獲得高的增益以及獲得波束掃描或波束控制等性質，需要將離散的天線單元組成陣列。在陣列環境中，天線單元之間存在能量上的相互耦合，使天線的性能降低。通常微帶貼片間的互耦是由空間波和表面波同時引起的。研究表明，當天線的介質基片厚度較小時，單元間耦合主要是通過空間波進行的，表面波的影響可以忽略不計。對于較厚的基片，表面波的影響將加大，介質基片越厚，激勵起的表面波模數越多，將有更多的功率耦合到激勵起的多個模式中。當兩天線單元間距超過一定數值時，表面波的耦合開始起主導作用。互耦效應的存在將影響天線的方向圖，輸入阻抗以及陣列的增益，在天線陣的設計中必須考慮。
　　為了減小天線單元之間的互耦，采用了光子帶隙（photonic bandgap）結構。這種結構或者是在地板上蝕洞或者是在介質中打孔，以形成對于表面波傳播模式的頻率阻帶，從而抑制表面波，減小耦合。這種方法雖然可以提高天線的輻射效率，但要在介質中周期性的打孔，制作過程麻煩，而在地板上大量蝕刻周期圖案將導致天線的放置受到限制。則利用電磁帶隙材料 （EBG）的帶隙特性抑制表面波的傳播，降低天線互耦。EBG結構是由若干個單元組成的陣列構成，因此結構分析比較復雜。
　　和PBG結構類似，DGS結構也是通過在電路的接地板上刻蝕出缺陷圖案（defected pattern），以改變電路襯底材料有效介電常數的分布，從而改變基于該介質上微帶線的分布電感和分布電容，進而使得此類微帶線具有帶隙（bandgap）特性和慢波（slow-wave）特性，具有制作簡單、體積小、便于集成等優點。與EBG（PBG）結構相比DGS結構的優點在于無需建立周期結構即可在某些頻率點產生諧振，提供良好的帶隙特性，且只需用一個簡單的LC等效電路模型就可表征，可進行電路級快速分析。在同等工藝條件和性能要求上，對考慮電路尺寸而帶來經濟成本變動較敏感的集成電路行業而言，以及當前對無線通信設備的小型化需求，DGS結構比EBG（PBG）結構更具有競爭力。目前，該結構已被廣泛應用于微波電路的分立部件設計中，如微帶線、濾波器、諧振腔、放大器、振蕩器、天線等。
　　然而據作者所知，很少有文獻研究DGS對陣列天線單元之間互耦的作用。本文利用Ansoft HFSS仿真軟件分析DGS的頻率特性，利用電磁場仿真結果和Ansoft Designer的電路仿真結果提取其等效電路的參數值，并研究缺陷地結構對陣列天線單元之間互耦以及天線性能的影響。為充分說明DGS結構對天線性能參數的影響，文中還同時給出了具有相同結構尺寸的普通貼片天線陣列的性能參數，并將兩者進行了比較。
　　2 DGS結構及其帶隙特性
　　本文中設計了阻帶中心頻率約為6.5GHz的DGS結構。電路采用介質基板的相對介電常數為10.2，厚度為2mm，微帶線為普通50Ω阻抗線，寬度為3mm。DGS結構由兩個背靠背的U形槽構成，如圖1所示。DGS結構參數為l1=3.3mm， w1=7.4mm， g= 4.5mm，s=1.5mm。蝕刻的單個U形槽可以等效為LC并聯電路，如圖2所示。改變DGS的參數也必將改變其頻率特性和等效的LC參數值。
　　本文采用Ansoft HFSS對微帶線的傳輸特性進行了仿真，仿真結果如圖3所示。結果顯示該DGS微帶傳輸線具有很寬的阻帶特性，從5.64GHz到7.26GHz損耗都大于20dB，帶內最低點達到38.6dB。
　　DGS單元的頻率特性曲線與雙極點巴特沃斯低帶阻濾波器的響應相似，都可由其3dB截止頻率和諧振頻率決定。因此，令LC并聯的等效阻抗與雙極點巴特沃斯帶阻濾波器的阻抗相等，則可求出LC并聯電路的電感值和電容值。由仿真結果提取的DGS等效電路參數值分別為：L1=1.682nH， C1=0.400pF， L2=1.747nH， and C2=0.321pF。圖3是DGS單元的三維場仿真結果與其等效LC電路仿真結果的比較。仿真結果顯示，兩者的頻率特性曲線基本一致， DGS單元可用LC并聯電路等效。
　　
　　圖1 DGS微帶線示意圖