一種寬帶低剖面微帶天線的設(shè)計(jì).docx

1、2009年第1期總第105期通信對(duì)抗COMMUNICATIONCOUATERVfE.ASURESNo.l2(X)9Sum.105一種寬帶低剖面微帶天線的設(shè)計(jì)崔景波(中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第三十六研究所.浙江嘉興314033)摘要：采用口徑耦合饋電方式設(shè)計(jì)了一種寬帶低剖面微帶天線。該天線在覆銅印制板上開(kāi)縫，通過(guò)微帶線進(jìn)行能量耦合，減小了微帶線對(duì)輻射單元的影響，同時(shí)通過(guò)調(diào)整饋電層與輻射層的間距，達(dá)到阻抗匹配的目的'該天線的工作頻段為0.93-1.28GHz(VSWRW2),相對(duì)阻抗帶寬達(dá)到31.6%。關(guān)鍵詞：微帶天線；寬帶；低割面DesignofABroadbandLowProfileApe

2、rture-CoupledMicrostripAntennaCUIJing-bo(No.36ResearchInslUtileofCETC,Jinxing,Zhejiang314033,China)Abstract：Abroadbandlowprofileaperture-coupledniicrostripantennaisdesignedinthispaper.Theradiatedpatchisfedbycouplingcharacteristicbetweenaslotonthegroundplaneandthefeedingmicroscripline,whichreducedthe

3、impactoffeedingmicrostripline.Theaperture-coupledfeedingmethodusedinthispaperisaneffectivetechnologywhichachievesimpedancematchbyadjustingthedistancebetweenradiatingandfeedinglayers.Theoperatingbandoftheproposedantennais0.93GHzto1.28GHz(VSWRW2)andtherelativeimpedancebandwidthis31.6%.Keywords:microst

4、ripantenna;broadband;lowprofile1引言微帶天線由于K體枳小、重筮輕、成本低、具有共形結(jié)構(gòu)、易于批址生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)，自20他紀(jì)70年代以來(lái)引起了廣泛的重視與研究，各種形式的微帶夭線已在衛(wèi)星通信、多普勒雷達(dá)、雷達(dá)導(dǎo)猝遙測(cè)以及生物工程等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，然而，由于微帶天線向身結(jié)構(gòu)限制，使其Q值較高頻帶較窄.且由于表面波的影響導(dǎo)致效率很低.近年來(lái)，已發(fā)展了很多克服或減小上述缺點(diǎn)的技術(shù)，使得微帶天線的帶寬從常規(guī)的1%6%發(fā)展到現(xiàn)在的13%ui、6%(VSWRW2),甚至達(dá)到25%(VSWRW2)，這使得微帶天線能應(yīng)用于更多的領(lǐng)域。本文采用口徑耦合的饋電方式實(shí)現(xiàn)了一種具有較低剖面

5、的寬帶微帶天線，該天線在0.931.28GHz的頻帶范圍內(nèi)，實(shí)現(xiàn)rVSWRw2的阻抗匹配，達(dá)到了31.6%的相對(duì)帶寬；同時(shí)在阻抗帶寬內(nèi)，天線的增益大于6dB,波束寬度大于75。另外,本文中的天線具有較低的剖面，僅為35mm,適合具有低剖面要求的程應(yīng)用。2天線結(jié)構(gòu)天線結(jié)構(gòu)如圖1所示，由輻射貼片層、饋電層以及收稿日期：2008-11-18總第105期崔景波:一種寬帶低剖面微帶天線的設(shè)計(jì)-63反射層組成。輻射貼片層為一塊矩形貼片印制板，貼片尺寸為Wxwh（長(zhǎng)X寬）;饋電層中，在覆銅印制板上開(kāi)一尺寸為Sx町（長(zhǎng)X寬）的縫隙，底層用一條與縫隙方向垂直的微帶線進(jìn)行能量傳輸，并通過(guò)與縫隙間耦合對(duì)上層貼片進(jìn)行

6、饋電形成了口徑耦會(huì)的饋電方式。該天線通過(guò)F層微帶線與縫隙的能量耦合，形成一個(gè)諧振點(diǎn)；同時(shí)由縫隙輻射的能量耦合到輻射貼片，形成另一個(gè)諧振點(diǎn)。通過(guò)調(diào)整翎射層與饋電層的間距4和饋電層與反射層的間距心，構(gòu)成了具有寬頻特性的雙峰諧振回路.實(shí)現(xiàn)寬帶微帶天線。制射貼片層間距也信電層間距A,制射貼片層間距也信電層間距A,圖1天線結(jié)構(gòu)曰徑耦合饋電方式（如圖2所示）克服了傳統(tǒng)饋電方式的許多缺點(diǎn)：同軸饋電方式引入寄生電感；網(wǎng)絡(luò)饋電方式會(huì)引入饋電網(wǎng)絡(luò)的自身輻射，等等。此外，曰徑耦合饋電方式還具有很多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)：a）避免了在基片上打孔，便于制作；b）由于公共縫隙開(kāi)在接地板上，使得饋電層與輻射層完全隔離，不僅避免了饋電網(wǎng)

7、絡(luò)的輻射干擾，而且輻射單元和饋電網(wǎng)絡(luò)可以分別采用低介電常數(shù)的厚基片和高介電常數(shù)的薄基片以實(shí)現(xiàn)各自性能的優(yōu)化；c）通過(guò)調(diào)節(jié)匹配枝節(jié)1=的長(zhǎng)度,易于實(shí)現(xiàn)阻抗匹配。在口徑耦合的饋電方式中，縫隙長(zhǎng)度與寬度對(duì)諧振頻率和諧振電阻影響都較大:縫隙越長(zhǎng)，寬度越大，則諧振頻率越低，同時(shí)會(huì)帶來(lái)很大的背向輻射。為減少背向輻射，縫隙寬度Ws般限制在0.0J5Xo以內(nèi)，主要通過(guò)適當(dāng)改變縫隙K度Sl來(lái)調(diào)節(jié)諧振頻率和諧振阻抗。匹配枝肯I岳的長(zhǎng)度一般取0.07入。左右。微帶線的寬度W可通過(guò)微帶線特性阻抗公式計(jì)算：2（hr/Vef（）1.393+0.6671n（1.444）hh其中,人為介質(zhì)板厚度，氏為相對(duì)介電常數(shù).旦=號(hào)t專

8、L（l+12苫）8（2）一般，我們?nèi)￡?00,確定印制板厚度/«即可得出W。為了獲得較好的阻抗帶寬,可采用HFSS軟件對(duì)輻射貼片尺寸叫乂皿、縫隙長(zhǎng)度S、匹配枝節(jié)小、間距必及相進(jìn)行優(yōu)化。3仿真與實(shí)測(cè)結(jié)果輻射貼片層和饋電層以及反射層均采用介電常數(shù)為4.4、厚度為2mm、尺寸為140mmx140mm的FR-4板°通過(guò)優(yōu)化后得出一組最優(yōu)尺寸，貼片尺寸"M=83mm,縫隙長(zhǎng)度S,=80mm,縫隙寬度W,=4mm,匹配枝p/=18mm,間距力|=17mm.人2=12mm,微帶線的寬度W=3.9mm。采用HFSS10仿真得到的結(jié)果如圖37所示。按上述尺寸加工了天線模型，并進(jìn)行了

9、實(shí)測(cè)，得到的駐波比及增益曲線分別如圖3和圖4所示。困2口徑根合僚電層尺寸及位五關(guān)系仿賓批波比實(shí)測(cè)住波比250.909511051.1115121251.3圖3仿真及實(shí)測(cè)駐波比曲線仿真阻抗頻帶為0.951.25GHz,約為27.3%的相對(duì)帶寬，兩個(gè)諧振點(diǎn)分別位于1GHz和1.18GHz0實(shí)測(cè)阻抗頻帶為0931.28GHz,達(dá)到31.6%的相對(duì)帶寬，兩個(gè)諧振點(diǎn)分別位于0.985GHz和1.19GHzo實(shí)測(cè)駐波帶寬略大于仿真駐波帶寬(這是由于仿真時(shí)介質(zhì)板的介電常數(shù)及損耗正切都是常數(shù)，而實(shí)際介質(zhì)板的介電常數(shù)及損耗正切會(huì)有些微小變化，使得實(shí)測(cè)結(jié)果略優(yōu)于仿真結(jié)果：)，仿真與實(shí)測(cè)駐波曲線的趨勢(shì)基本-致。80

10、9511.051.11.1512125頻率(GHz)圖4仿真及實(shí)溺增益曲線756.(0P)加鞭圖71.25GHz的H面萬(wàn)向圖選取0.951.25GHz頻段進(jìn)行增益測(cè)試，如圖4所示，在此頻段內(nèi)，增益大于6dB,與頻率大體呈線性關(guān)系,其中，在1.2GHz時(shí)天線具有最大實(shí)測(cè)增益，約為7.7dB3實(shí)測(cè)與仿真的增益曲線趨勢(shì)比較一致°圖5、圖6、圖7分別給出了0.95GHz、l.lCHz、1.25(ep9xl*&1«圖5().95GHz的H面方向圖GHz的H面方向圖。實(shí)測(cè)方向圖的波束寬度大于75。，與仿苴基本一致。低頻端前后比為10HB,其余頻點(diǎn)的前后比均大于15dBo實(shí)際使用

11、中可通過(guò)加大反射板面積來(lái)提高低端的前后比。4結(jié)論本文采用口徑耦合方式進(jìn)行饋電，通過(guò)調(diào)整饋電層與輻射層的間距，在天線帶寬與縱向尺寸之間達(dá)到一個(gè)最佳組合，使得在縱向尺寸僅為35mm的情況下，在0.931.28GHz的頻段內(nèi)VSWRW2,相對(duì)阻抗帶寬達(dá)到了31.6%。該夭線的縱向尺寸僅為傳統(tǒng)天線的一半左右(35mm),非常適合與載體共形，有很好的應(yīng)用前景c”。-I-»»M0參考文獻(xiàn)：1PozarDM,KaufmanB.IncreasingtheBandwidthofaMicrostripAntennabyProximityCouplingElectronicsLetters,1987.23(9):368-369.|2|徐健.吸必魅帶貼片大線的理論分析與實(shí)驗(yàn)研究D.北京：北京理工大學(xué)，1993.3劉章發(fā).宛頻帶做帶天線的設(shè)計(jì)與相控陣掃描特姓的研究DJ.北京：北京理工大學(xué)，1996.4PozarDM.AMicrostripAntenna