摘要：微帶天線其本身具有的固有帶寬十分狹窄，很難應用于更多更廣的領域中，所以對微帶天線帶寬展寬的研究具有十分重要的意義。采用Ansoft公司的HFSS仿真軟件仿真分析了L型探針饋電方法的微帶貼片天線，并且設計了一個中心頻率為1 000 MHz的L形探針饋電方法的微帶貼片天線，其絕對帶寬為320 MHz，達到了中心頻率的32％，輻射增益大約為9 dB。其具有尺寸小，結構簡單，超寬帶的特征。
關鍵詞：帶寬；中心頻率；L型探針饋電；微帶貼片天線
O 引 言
最近幾十年微帶天線的發(fā)展非常迅速，但微帶天線其本身具有的固有帶寬十分狹窄，很難應用于更多更廣的領域中，所以對微帶天線帶寬展寬的研究具有十分重要的意義。近來超寬帶天線成了一個熱門的話題，但是展寬貼片天線頻帶十分困難。在對天線進行設計時，既要實現(xiàn)天線的寬帶化，又要限制天線的尺寸大小，而且還要滿足天線的駐波、增益等指標，類似這樣的天線設計問題是十分困難的。如何協(xié)調(diào)好上述關系以獲得最佳天線結構，則成為寬帶天線設計的核心問題。該文討論用L型探針方法來展寬貼片天線帶寬的方法，仿真設計出了一個中心頻率為1 000 MHz帶寬為32％的L型探針饋電的貼片天線。
1 中心頻率1 000 MHz的L型探針饋電天線的設計及仿真
1．1 模型確定
設計指標為中心頻率為1 000 MHz，帶寬為30％以上。當頻率等于l 000 MHz時，波長(單位：m)如下式所示：
εr=1(即為空氣或者泡沫基片)，天線模型尺寸初步設計如下：L=16．5 cm，W=14．5 cm，Lp=5．54 cm，D=1．06 cm，基片厚度2．58 cm，探針直徑O．53 cm，如圖1所示。通過HFSS軟件對其進行仿真設計，設計的仿真模型、俯視圖、側(cè)視圖如圖2～圖4所示。
在圖1中，L表示為貼片的長度，W為貼片的寬度，Lp為探針的左端到右端的距離，D為探針左端到貼片的距離，模型基片厚度固定為2．58 cm。
1．2 仿真調(diào)試
對上述仿真模型進行仿真，得到的仿真結果如圖5所示。
圖5為在模型尺寸：L=16．5 cm，W=14．5 cm，Lp=5．54 cm，D=1．06 cm，t=2．58 cm下得到的駐波比曲線圖，此時的帶寬只有7．5 %左右，且中心頻點離1 000 MHz漂移也有點大，結果與設計指標相差甚多。為了得到設計指標結果，調(diào)整參數(shù)，首先調(diào)整貼片的大小來增加貼片天線的帶寬，然后再調(diào)整貼片與探針的相對位置來滿足頻點指標，于是將貼片尺寸進行縮小，尺寸如下：長L為16．5 cm，寬W為12．5 cm，其余參數(shù)均不改變，對其再進行仿真分析，得到的駐波比圖如圖6所示。
可見，此時尺寸為L=16．5 cm，W=12．5 cm，Lp=5．54 cm，D=1．06 cm，t=2．58 cm時帶寬增加為14．4％，中心頻點為860 MHz，明顯比一開始設計參數(shù)的貼片有了改進，但是離設計指標還是相差很多，對其貼片尺寸再進行調(diào)節(jié)：長為16．5 cm，寬為11．5 cm，進行仿真分析，得到的駐波比曲線圖如圖7所示。
由圖7可見，帶寬有了很大的增加，此時模型尺寸為：L=16．5 cm，W=11．5 cm，Lp=5．54 cm，D=1．06 cm，t=2．58 cm。帶寬為25％，且中心頻點也在1 000 MHz附近，由于帶寬還是未達到30％以上，所以對其再進行改進，貼片尺寸改為：長為15 cm，寬為11 cm，得出駐波比曲線圖如圖8所示。
計算得到的諧振長度。
1．3 最終結果表示
通過以上的仿真調(diào)試可以看出圖9正是要得到的駐波比曲線圖。表1給出了得到圖9的設計的尺寸；表2列出了從圖9中得出的天線的中心頻率、絕對帶寬、相對帶寬及增益的值。
其余參數(shù)圖從圖10可以看出，S參數(shù)在一10 dB以下的是從O．92～1．23 GHz，可知其絕對帶寬為O．31 GHz，其相對帶寬為30%以上，基本和由駐波比得到的帶寬符合。
由圖10～圖13可知，最終得到的L型探針饋電方式貼片天線其帶寬為32％，增益大約在9 dB的水平。影響貼片天線的帶寬和中心頻率的因數(shù)有：貼片的尺寸大小，基片的厚度，貼片與L型探針的相對位置，L探針的長度，饋電點位置也有影響，具體來說，貼片的長度L由式(2)可以計算得出，對其長度L及其寬度W進行調(diào)節(jié)及基片厚度的改變會改變貼片天線的帶寬及其中心頻點，L探針長度的改變及饋電點的位置也會影響帶寬但對中心頻點的影響很小，這就會有一個最佳尺寸，且從以上可以看出最初的設計尺寸未能達到指標要求。為了達到設計目標，對貼片尺寸進行了重點調(diào)節(jié)，其余的影響參數(shù)只是對其進行了很小的修改，而且達到設計要求后，對其他影響參數(shù)也進行了微調(diào)，由此得出了上文中的規(guī)律和結論。
2 結 語
介紹了L型探針饋電方式的展寬頻帶方法。以前，人們在微帶貼片天線的頻帶展寬方面常采用多層結構，雖展寬了頻帶但使天線的結構復雜化，有悖于寬帶的微帶貼片天線逐漸向小型化、結構簡單的發(fā)展方向。探討了貼片天線中的設計尺寸參數(shù)的變化對仿真結果的影響，主要通過對貼片尺寸的調(diào)節(jié)、基片厚度的調(diào)整；L探針長度的調(diào)節(jié)，可以對貼片天線仿真模型的中心頻率和駐波比進行調(diào)節(jié)，最終仿真設計出了帶寬>30％的超寬帶微帶貼片天線，具有尺寸小、結構簡單、超寬帶的特征。
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