寬頻化與小型化微帶天線的研究與設(shè)計(jì)

摘要 以微帶天線技術(shù)為基礎(chǔ)，以工作于ISM頻段微帶貼片天線為例，采用Ansoft公司的電磁仿真軟件HFSS，對(duì)不同介電常數(shù)、不同介質(zhì)板厚度、矩形貼片開槽開縫、加載寄生貼片等微帶貼片天線進(jìn)行了仿真。通過數(shù)值分析，闡述了介電常數(shù)、基板厚度、貼片開槽、寄生貼片等因素對(duì)微帶貼片天線尺寸和頻帶寬度的影響。仿真結(jié)果表明，設(shè)計(jì)能夠?qū)崿F(xiàn)兩種性能的天線結(jié)果，天線的寬度達(dá)到36％。天線的尺寸縮小了34．2％。
關(guān)鍵詞 微帶天線；小型化；寬頻化

微帶天線由于具有剖面低、體積小、重量輕，易與飛行器共形、易與有源器件和電路集成，并且便于獲得圓極化，容易實(shí)現(xiàn)雙頻、雙極化等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于衛(wèi)星通信，雷達(dá)、移動(dòng)通信等無線電設(shè)備中。但微帶天線自身存在頻帶窄、易激勵(lì)表面波、功率容量小的缺點(diǎn)，限制了它的應(yīng)用。為提高收發(fā)通信系統(tǒng)的工作性能和效率，寬頻小型化微帶天線的研究成為夭線領(lǐng)域中的一個(gè)主要研究方向。常用的展寬微帶天線頻帶的方法有：增大基片厚寬h、降低相對(duì)介電常數(shù)εr、附加寄托生貼片、加載短路探針、附加阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)等。天線小型化的方法有：采用高介電常數(shù)的介質(zhì)基板、加載技術(shù)、曲流技術(shù)。

1 微帶天線寬頻化與小型化設(shè)計(jì)與仿真
設(shè)計(jì)了一個(gè)單貼片矩形微帶天線，圖1為設(shè)計(jì)的微帶天線的基本單元，為下面天線寬頻、小型化性能的分析提供了基礎(chǔ)。基本天線的設(shè)計(jì)指標(biāo)為天線的中心頻率2．45 GHz；天線的駐波VSWR≤2；天線回波損耗S11-10 dB；天線的增益6 dB。

微帶天線設(shè)計(jì)為線極化天線。選擇介質(zhì)基板的介電常數(shù)εr=2．2 RT／Duroid5880材料，介質(zhì)基板高度為h=0．32 cm，采用同軸探針饋電，利用HFSS進(jìn)行建模，并進(jìn)行優(yōu)化得到要求的參數(shù)值。優(yōu)化后天線的貼片尺寸：長(zhǎng)L=3．82 cm；寬W=3．8 cm；基板尺寸：LG=8 cm，WG=7 cm；同軸探針的位置為xf=-0．7 cm，yf=0 cm。

1. 1 微帶天線寬頻化仿真設(shè)計(jì)
一般情況下，在采用低介電常數(shù)介質(zhì)材料的同時(shí)，增加介質(zhì)基板的厚度是大幅度增加天線帶寬的有效手段，如圖2所示。