一種新型寬頻帶E型微帶天線(xiàn)的設(shè)計(jì)

摘要：介紹一種新型E型結(jié)構(gòu)的微帶天線(xiàn)。在U型微帶天線(xiàn)中間加一段傳輸線(xiàn)構(gòu)成新型E型微帶天線(xiàn)，產(chǎn)生多點(diǎn)諧振，達(dá)到微帶天線(xiàn)頻帶展寬的目的。通過(guò)改變饋電點(diǎn)位置和傳輸線(xiàn)的長(zhǎng)度和寬度，實(shí)現(xiàn)微帶天線(xiàn)的最佳匹配和頻帶的展寬。仿真結(jié)果表明，該天線(xiàn)在4．25～5．366GHz頻帶內(nèi)反射系數(shù)均小于-10 dB，方向最大增益達(dá)到9 dB，相對(duì)帶寬為23．2％。且對(duì)E型天線(xiàn)加工和測(cè)試，實(shí)測(cè)結(jié)果和仿真結(jié)果一致。
關(guān)鍵詞：微帶天線(xiàn)；E型；寬帶；高增益

0 引言
    微帶天線(xiàn)具有體積小、重量輕、易饋電、易與載體共形等優(yōu)點(diǎn)，廣泛直用于測(cè)量和通信各個(gè)領(lǐng)域。但是，微帶天線(xiàn)的窄頻帶特性在很多方面限制了它的廣泛應(yīng)用，因此展寬微帶天線(xiàn)的帶寬具有十分重要的意義。
    近年來(lái)，人們?cè)谡箤捨炀€(xiàn)的帶寬方面做了很多的研究：增大基板厚度，降低介電常數(shù)；采用電磁耦合多諧振來(lái)擴(kuò)展帶寬的方式，采用縫隙耦合饋電的方式，采用多層結(jié)構(gòu)。本文在對(duì)上述各種展寬帶寬技術(shù)的比較研究之后，通過(guò)在U型微帶天線(xiàn)中間加一段傳輸線(xiàn)構(gòu)成新型的E型微帶天線(xiàn)，實(shí)現(xiàn)了天線(xiàn)阻抗頻帶的展寬。利用HFSS模擬仿真以及實(shí)測(cè)結(jié)果表明，這種天線(xiàn)在工作于4．25～5．366 GHz時(shí)，其相對(duì)帶寬達(dá)到了23．2％，且采用了傳統(tǒng)的同軸饋電，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易加工。

1 天線(xiàn)設(shè)計(jì)與分析
    微帶天線(xiàn)的結(jié)構(gòu)如圖1所示，貼片的長(zhǎng)為L(zhǎng)，寬為W，饋電點(diǎn)位置為(P_x，P_y)，U_l和U_w為U型天線(xiàn)尺寸，U型天線(xiàn)中間增加的微帶線(xiàn)的長(zhǎng)度和寬度分別為E_l和E_w，微帶天線(xiàn)離地面的高度為H。當(dāng)E_l為零時(shí)即為U型天線(xiàn)，E_l不為零時(shí)為E型天線(xiàn)。天線(xiàn)采用傳統(tǒng)的同軸饋電方式。天線(xiàn)與地面之間采用空氣為介質(zhì)，減少采用高介電常數(shù)介質(zhì)帶來(lái)的損耗，同時(shí)呵達(dá)到增加頻帶寬度的目的。

    從圖2可知，隨著E_l的增大，高頻諧振頻率點(diǎn)變小，在E_l=14．5 mm時(shí)候高頻諧振點(diǎn)獲得較好的匹配，當(dāng)E_l繼續(xù)增大時(shí)候匹配變差。由圖4可得，隨著E_w增大，低頻諧振點(diǎn)匹配變差，而高頻諧振點(diǎn)匹配變好。通過(guò)調(diào)節(jié)中間傳輸線(xiàn)的長(zhǎng)度E_l和寬度E_w可獲得兩個(gè)匹配較好的諧振頻率點(diǎn)。

    如圖4可得，隨著P_y的值增大，天線(xiàn)匹配越好，但是天線(xiàn)工作頻帶變小。通過(guò)調(diào)節(jié)P_y值，可獲得最佳的天線(xiàn)匹配和頻帶的展寬。

2 仿真與實(shí)測(cè)結(jié)果分析
    經(jīng)過(guò)多次仿真優(yōu)化后得出E型微帶天線(xiàn)的具體尺寸，表1為U型天線(xiàn)和E型天線(xiàn)的尺寸(單位：mm)。根據(jù)表中參量的值，采用HFSS對(duì)本文所設(shè)計(jì)的微帶天線(xiàn)進(jìn)行仿真，仿真結(jié)果如圖5～圖7所示。

    圖5是U型微帶天線(xiàn)和E型微帶天線(xiàn)的回波損耗曲線(xiàn)圖。由圖可得，U型天線(xiàn)S11小于-10 dB的頻率從4．715～5．035 GHz，中心頻率為4．875GHz，頻帶寬度BW=0．32 GHz，相對(duì)帶寬為6．5％；E型天線(xiàn)S11小于-10 dB的頻率從4．25～5．364 GHz，中心頻率為4．807 GHz，頻帶寬度BW=1．114 GHz，相對(duì)帶寬為23．2％，相對(duì)于U型天線(xiàn)帶寬展寬3．5倍。因此，在U型天線(xiàn)中間加入傳輸線(xiàn)可以有效展寬帶寬。

    圖6，圖7是E型天線(xiàn)在兩諧振點(diǎn)的E面和H面方向圖。由圖可得，微帶天線(xiàn)的最大增益達(dá)到9 dB，較之傳統(tǒng)的微帶天線(xiàn)增益(5 dB)有較大的增加。

    圖8為E型天線(xiàn)加工的實(shí)物圖。圖9為用AgikntE5071C網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)試E型天線(xiàn)的S11曲線(xiàn)，實(shí)測(cè)S11小于-10 dB的頻帶為4．09～5．06GHz。由于加工粗糙和饋電端口誤差導(dǎo)致對(duì)天線(xiàn)頻移和帶寬的減小，但和仿真的結(jié)果相近。

3 結(jié)語(yǔ)
    針對(duì)做帶天線(xiàn)窄帶的特性，本文提出了一種有效展寬微帶天線(xiàn)頻帶的方法。通過(guò)在U型微帶天線(xiàn)中間加一段傳輸線(xiàn)，適當(dāng)調(diào)整同軸饋電點(diǎn)和傳輸線(xiàn)的長(zhǎng)寬，實(shí)現(xiàn)了寬頻帶高增益的E型微帶天線(xiàn)的設(shè)計(jì)。天線(xiàn)工作在4．25～5．366 GHz頻帶內(nèi)，且增益達(dá)到了9 dB，相對(duì)帶寬達(dá)到23％，可運(yùn)用于IEEE 802．1 1 a(5 GHz)頻段的無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)。本文給出了實(shí)測(cè)結(jié)果，并與仿真結(jié)果一致。