超寬帶檢測系統中的小尺寸陣列天線設計

　　摘要：本文介紹了一款小尺寸超寬帶平板天線的設計及其陣列排布。天線采用四分叉形狀發射極子，底部接地板開矩形槽的結構，有效調節天線的輻射方向和帶寬。經仿真測試，天線滿足超寬帶檢測系統中要求的5GHz~7GHz帶寬。并將尺寸縮減到16mm×16 mm，易于陣列集成。

　　引言

　　超寬帶無線檢測技術的飛速發展帶來了無損檢測的又一次進步。超寬帶無線數據的傳輸速度更快，數據包含信息量更大，功耗更低，設備成本更低，保密性更強，穿透性更好，這些優點是常規無線檢測技術不具有的。性能良好的超寬帶天線是確保檢測可靠性、高速性以及抗干擾性良好的關鍵，天線的設計成為超寬帶無線檢測技術的重中之重。

　　為了滿足與射頻電路等高速電路集成的條件，天線的小型化設計成為關鍵，小尺寸微帶單極槽隙天線易于調節阻抗帶寬，它能方便地同高速電路集成，滿足設備高集成度，低功耗的要求。多數檢測系統需要多天線集成為陣列以提高檢測精度和降低檢測次數，天線陣列一次檢測即可獲得多組檢測數據，經微型計算機處理后可快速提交檢測結果，但是天線陣列中各個天線會互相串擾，影響檢測精度。調節單個天線的輻射性，使其輻射方向不互相重疊可大幅降低天線間的串擾。為此必須設計一款超寬帶天線，在滿足帶寬條件的同時提高天線在正向和背向的輻射強度，相應降低天線的側向輻射強度。

　　天線結構

　　天線基板的選擇

　　天線基板材料和厚度的選擇對超寬帶平板天線的帶寬影響較大，天線基板越厚，天線的寬帶性能越好，但是厚度的增加使天線難以集成。本天線選用1mm厚，介電常數為4.4的FR-4材料作為介質基板，該材料造價低，性能穩定，是傳統PCB板的材料。選用PCB板作為天線基板，天線可以直接印制在PCB板上，經過布線后可以方便高速地與芯片互聯，使檢測系統體積有效縮小。基板形狀選擇正方形，方便緊密排列成陣列形式，尺寸為16mm×16mm，詳見圖1的天線側視圖。　　

　　天線輻射單元及接地板設計

　　天線的輻射單元設計主要影響天線的輻射方向和帶寬，本天線使用類似“T”字形極子有效地減弱天線的側向輻射，既降低天線陣列之間的相互串擾，又確保天線在正向和背向增益高，穿透力強。