新型高增益反射陣列天線的設(shè)計(jì)
摘要 介紹了一種新型的高增益反射陣列天線。根據(jù)柵格陣列的特點(diǎn)，確立了天線的結(jié)構(gòu)，通過(guò)開(kāi)槽線阻抗變換器實(shí)現(xiàn)匹配，并利用電磁場(chǎng)仿真軟件HFSS對(duì)該天線進(jìn)行了理論分析。仿真值與實(shí)測(cè)值能較好地吻合，表明該天線具有良好的匹配和高增益特性。
關(guān)鍵詞 高增益；柵格陣列；反射器
反射器被廣泛地用于改變天線的波瓣圖。采用一片足夠大的平板反射器，可以消除天線的背向輻射，顯著提高天線增益。文中通過(guò)選取柵格陣列天線的5個(gè)輻射單元，在其后方加一個(gè)有限大的平面反射器，然后調(diào)整天線與反射器之間的距離，使天線達(dá)到最佳效果。該天線具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、低剖面、易于共形等特點(diǎn)，同時(shí)具有高增益、低副瓣等輻射特。因而關(guān)于此類(lèi)天線的輻射特性、饋電方式、數(shù)值計(jì)算等分析研究倍受矚目，在現(xiàn)代無(wú)線通信系統(tǒng)中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。
1 柵格陣列
柵格陣列是由柵格單元組成的陣列天線。如圖1所示，采用金屬導(dǎo)體作為矩形柵格單元，每個(gè)矩形單元長(zhǎng)為λ0／2，寬為λ0／4。該陣列平行置于接地板上，接地板到到柵格陣列的距離約為λ0／4。整個(gè)陣列的饋電很簡(jiǎn)單，用50 Ω同軸電纜的內(nèi)導(dǎo)體穿過(guò)接地板上的孔接于柵格陣列，外導(dǎo)體則焊接在接地板上。圖中箭頭表示瞬時(shí)電流分布，柵格單元的所有短邊上電流相位都保持一致，為主要輻射單元。25個(gè)主輻射單元可以實(shí)現(xiàn)增益18．1dBi。
2 天線設(shè)計(jì)
如圖2所示，天線選取柵格陣列的5個(gè)輻射單元，為使天線性能達(dá)到最佳效果，選取天線到接地板的距離為λ0／4。經(jīng)過(guò)矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的實(shí)測(cè)，天線在頻率點(diǎn)f=1 600 MHz的輸入阻抗為325．6 Ω，為實(shí)現(xiàn)與50 Ω的匹配，采用開(kāi)槽線阻抗變換。另外在設(shè)計(jì)中主饋線上還要加一段長(zhǎng)為λ0／4的短路線，以起到平衡饋電的作用。
3 天線測(cè)試與仿真結(jié)果分析
天線加工完成后，對(duì)其主要電性能進(jìn)行了測(cè)試。天線駐波比由矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)得，而輻射方向圖和增益通過(guò)微波暗室測(cè)試系統(tǒng)測(cè)得。圖3是天線駐波比實(shí)測(cè)值，在工作頻帶1525～1660MHz，VSWR<1．5，體現(xiàn)了良好的匹配特性。
天線中心頻率為1 600 MHz，圖4是f=1 600 MHz天線的輻射方向圖，圖中實(shí)線代表實(shí)測(cè)值，虛線代表仿真值?？梢郧宄乜吹?，實(shí)測(cè)方向圖與仿真方向圖吻合良好，且方向圖對(duì)稱(chēng)性較好。天線3 dB波瓣寬度為35°，通過(guò)微波暗室實(shí)測(cè)，天線最大增益可達(dá)13．3 dBi。為體現(xiàn)增益的提升，給出了f=1 600 MHz未加反射器時(shí)的天線方向圖仿真值，如圖5所示，圖中實(shí)線代表H面方向圖，虛線代表E面方向圖。從仿真值可以看出，天線在為未加反射器時(shí)的增益為10．6 dBi，充分說(shuō)明加反射器后，天線增益得到了顯著提升。
4 結(jié)束語(yǔ)
通過(guò)選取柵格陣列天線的5個(gè)輻射單元，在其后方加一個(gè)有限大的接地板，調(diào)整接地板到天線的距離為λ0／4，設(shè)計(jì)了一種新型的高增益反射陣列天線。天線設(shè)計(jì)完成后，并對(duì)其主要電性能進(jìn)行了測(cè)試。測(cè)試結(jié)果表明，天線在工作頻帶1 525～1 660 MHz，匹配良好，在中心頻點(diǎn)1600MHz，3dB波瓣寬度為35°，最大增益可以達(dá)13．3dBi。
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