一種新型的寬頻帶雙極化微帶偶極子天線

1、【摘 要】根據(jù)通信行業(yè)標準,從工程應用角度出發(fā),文章提出了一種新型的寬頻帶雙極化微帶偶極子天線,并應用HFSS 11對天線性能進行仿真。仿真結(jié)果顯示,在1.7GHz2.7GHz頻段內(nèi),天線VSWR<1.3,隔離度小于-29dB,交叉極化比小于-15dB,具有較為穩(wěn)定的方向圖?！娟P鍵詞】寬頻帶雙極化微帶偶極子天線 雙倒L型饋電 HFSS 11收稿日期:2010-03-261 引言近年來,第三代移動通信網(wǎng)絡的建設和運營,以及WLAN等寬帶無線網(wǎng)絡的廣泛應用,對寬頻帶通信基站天線提出了巨大需求。1.7GHz2.7GHz頻段覆蓋以下通信標準:GSM1800、CDMA1900、IMT-2000、T

2、D-SCDMA、WLAN、WiMAX等。可以預見,該頻段的天線將成為研究熱點。寬頻帶雙極化天線本身的多性能和工程應用要求,給研究和設計帶來了困難:一方面要求天線具有較寬的頻帶、較好的增益和方向圖、良好的隔離度和交叉極化,另一方面也需要考慮成本、安裝與調(diào)試、體積、重量等因素。這兩年,寬頻帶雙極化天線的研究取得了一些新的進展。Bi Qun Wu和Kwai-Man Luk在文獻1中提出了一種雙倒L型饋電的雙極化天線,實現(xiàn)了65.9%的阻抗帶寬(VSWR<2和低于-36dB的隔離度,有著穩(wěn)定的增益和方向圖。但是,該天線存在幾個缺點:一是采用金屬直接成型的結(jié)構(gòu),重量較大;二是饋電線與支撐柱之間的距

3、離很小,該距離對阻抗帶寬影響很大,必然會增加安裝、調(diào)試、維護的成本;三是該天線兩個倒L型饋電線之間距離過大,阻抗的一致性差。為此,本文提出一種新型的寬頻帶雙極化微帶偶極子天線,并利用基于有限元法的專業(yè)電磁仿真軟件HFSS 11對天線特性進行仿真。2 天線結(jié)構(gòu)本文提出的寬頻帶雙極化微帶偶極子天線如圖13所示。該天線主要由四部分組成:微帶偶極子、梯形微帶支撐柱、雙倒L型饋電線和反射板。文獻1中,微帶偶極子為方形貼片,通過減小耦合微帶線與支撐柱之間的耦合距離,展寬天線帶寬。而通過改變方形貼片邊緣形狀、中間挖孔等方式,可改變方形偶極子表面電流的流向,展寬天線帶寬,優(yōu)化隔離度。圖1和圖2所示的微帶偶極子

4、是改進后的方形貼片,使用1mm厚的介質(zhì)板,耦合距離是固定的。仿真發(fā)現(xiàn),大部分表面電流都沿著方形偶極子邊緣流動。本文改進后的方形偶極子,具有較好的阻抗帶寬特性和隔離度。反射板采用長寬為一種新型的寬頻帶雙極化微帶偶極子天線陳 輝 薛鋒章 華南理工大學電子與信息學院150*150mm、厚2mm的鋁板,翻邊高為25mm。雙倒L型饋電線由兩部分組成:傳輸線和耦合微帶線。傳輸線蝕刻在梯形微帶支撐柱中間部分的背面,高度大約為中心頻率波長的四分之一,同軸線內(nèi)芯接于傳輸線的底端;剩下的部分為耦合微帶線。耦合微帶線的水平部分,蝕刻在微帶偶極子介質(zhì)板的上下兩側(cè),成十字交叉形狀;垂直部分蝕刻在梯形微帶支撐柱中間部分的

5、背面,大約為八分之一波長的開路線。介質(zhì)板采用介電常數(shù)為2.65、厚為1mm的PCB板。仿真發(fā)現(xiàn),介電常數(shù)固定時,較細的耦合微帶線能夠展寬阻抗帶寬,提高兩個端口的隔離度;但是過細的耦合微帶線不利于天線的安裝、調(diào)試。為此,本文設計出“工”字型耦合微帶線,其較細部分能夠展寬阻抗帶寬、降低端口隔離度,較粗部分有利于天線的安裝和調(diào)試,如圖3所示。圖1 天線俯視圖(有介質(zhì)圖2 天線剖視圖(無介質(zhì)圖3 雙倒L型饋電線側(cè)視圖3 仿真結(jié)果及分析采用HFSS 11對天線進行電磁仿真和優(yōu)化,優(yōu)化后的尺寸如表1所示:表1 天線各部分優(yōu)化后的尺寸(單位:mm尺寸222713.5112622 2.511233.1 仿真結(jié)

6、果圖4為天線兩端口間的VSWR(Voltage Standing W a v e R a t i o,駐波比變化曲線,由圖可見,改進后的方形偶極子具有更好的阻抗帶寬特性,在1.7G H z2.7G H z頻段內(nèi),V S W R<1.3;在1.52GHz2.78GHz頻段內(nèi),VSWR<1.5。圖5為天線的S21參數(shù)變化曲線,由圖可見,在1.7GHz2.7GHz頻段內(nèi),改進后的方形偶極子在介質(zhì)板厚為1mm和2mm時, S21分別小于-29dB和-30dB,均滿足通信行業(yè)標準。圖6和圖7分別為天線在水平面與垂直面的主極化和交叉極化輻射方向圖,由圖可見,在1.7GHz2.7GHz頻段內(nèi),該

7、天線具有較為穩(wěn)定的方向圖,半功率波束寬度為65度,軸向交叉極化比大于15dB,60度方向內(nèi)交叉極化 比大于10dB;在相同頻率點上,天線的水平面和垂直面方向圖幾乎相同。圖4 天線兩個端口的VSWR變化曲線圖5 天線S21參數(shù)變化曲線 圖6 天線在水平面的方向圖圖7 天線在垂直面的方向圖3.2 仿真結(jié)果分析根據(jù)通信行業(yè)標準,天線的VSWR<1.5即符合要求?？紤]到天線在制作、安裝等過程中可能出現(xiàn)的誤差,本文設計天線滿足VSWR<1.3。圖5表明,使用厚2mm介質(zhì)板制作的天線,比厚1mm介質(zhì)板的天線具有更高的隔離度。這是因為更厚的介質(zhì)板增大了雙倒L型饋電線水平饋線之間的距離,降低了耦合

8、程度,從而增大了隔離度。在滿足通信行業(yè)標準的情況下,從降低成本角度出發(fā),這里采用1mm介質(zhì)板設計天線。天線采用梯形立體微帶支撐柱結(jié)構(gòu),雙倒L型饋電線同時激勵梯形立體微帶支撐柱和輻射貼片,相當于磁偶極子和電偶極子一起輻射,與采用單片微帶支撐柱或者銅管支撐柱結(jié)構(gòu)的微帶天線3相比,展寬了阻抗帶寬,而且天線的水平面和垂直面具有幾乎相同的方向圖。4 總結(jié)本文從工程應用角度出發(fā),設計了一款新型的寬頻帶雙極化基站微帶天線,并對該天線進行了仿真。結(jié)果表明,該天線具有較寬的帶寬、較高的隔離度、良好的交叉極化比和較為穩(wěn)定的方向圖,符合通信行業(yè)標準,對今后寬頻帶雙極化天線的工程應用研發(fā)和設計具有一定的參考價值。【摘

9、 要】文章詳細介紹了吸波材料的應用背景及其基本原理,并在此基礎上,通過一個案例闡述了吸波材料在手機產(chǎn)品電磁兼容設計中的應用。測試結(jié)果表明,吸波材料在解決手機產(chǎn)品的電磁兼容問題時,其效果是顯著的?！娟P鍵詞】吸波材料 電磁兼容 手機 雜散輻射收稿日期:2010-05-05王國強 上海交通大學吸波材料及其在手機電磁兼容設計中的應用1 引言隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展,電子產(chǎn)品正迅速向節(jié)能化、智能化、信息化、多系統(tǒng)、多功能及娛樂性等多元化方向發(fā)展。這些擁有各種個性化娛樂功能的電子產(chǎn)品的普及,在很大程度上豐富了人們的物質(zhì)生活需要;但與此同時,也不可避免地帶來了一些問題,尤其是電磁兼容(EMC問題。電磁兼容問題

10、的存在,往往使電子、電氣設備或系統(tǒng)不能正常工作,性能降低,甚至受 參考文獻 1Bi Qun Wu, Kwai-Man Luk. A Broadband Dual-polarized Magneto-electric Dipole Antenna With Simple FeedsJ. IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters,2009,8:60.2宋社連,傅炳芳,洪傳禮. YD/T1059-2000.中華人民共和國通信行業(yè)標準S. 2000.3Hongxing W, Xiguo L, Shanhong H, et al. A Novel Array Formed By Diamond Antennas With High Isolation For Base Station ApplicationsJ. ICWMMN2006 Proceedings,20