一種Ku波段寬頻帶微帶天線的仿真設計

在接地板和饋線之間是一層介質板，理論上說其介電常數越大對波的束縛作用越好，減少漏波，增大能量耦合效率。饋電網絡采用50歐姆的微帶開路線，通過調節開路枝節ls的長度來改善輸入端口的阻抗特性，來實現輻射貼片的寬頻帶匹配。為了減小H型槽耦合饋電帶來的背向輻射，在天線的底部加入一反射板（Reflector），以提高天線的增益和改善天線方向圖的前后比。

3 仿真及分析

本文利用基于有限元方法的數值仿真軟件進行輔助設計，設計了一個工作在Ku波段的線極化微帶天線。由于該結構天線的參數較多，在仿真設計時我們根據理論分析了解每個參數對天線性能的可能影響，然后再分別對每個參數進行仿真優化，因此這個過程是個不斷修正不斷往復的過程，直至最終獲得滿意的結果。經過仿真優化后天線的尺寸如表1所示。

仿真得到的天線反射系數（S11）圖如圖2所示，由圖可知，該天線S11-10db的阻抗帶寬為11.66GHz~17.45GHz，達到了39.8%的相對帶寬。優于同軸探針饋電和僅使用H型槽耦合饋電的微帶天線。仿真結果表明，采取H型槽耦合饋電，并在輻射貼片上開縫結構的微帶天線具有寬頻諧振特性。

表1 天線結構尺寸（單位：mm）

圖2 S11曲線

圖3分別給出了天線在15GHz的E面和H面方向圖，以及各自的交叉極化方向圖。由圖可知，天線E面和H面的半功率波束寬度（HPBW）分別是65°和58°。交叉極化電平分別小于-38db和-28db, 可見該天線的交叉極化特性良好。E面和H面的天線方向圖前后比分別優于19db和26db，可見由于反射板的存在，抑制了天線的背向輻射，而且提高了天線的輻射效率。這些結果表明了該結構微帶天線具有良好的電性能和輻射特性，具有一定的實際應用意義。