Y型微帶線饋電的圓極化陶瓷介質(zhì)諧振器天線

3天線的仿真與實驗

圓極化介質(zhì)諧振器的實物圖如圖2所示。圓極化陶瓷介質(zhì)諧振器天線仿真和實測的反射損耗曲線如圖3所示。由圖可得，仿真曲線端口反射損失不大于-10dB的頻率范圍為4.08~4.34GHz,其相對帶寬為6.2%，而實測曲線端口反射損失不大于-10dB的頻率范圍為4.15~4.44GHz,其相對帶寬為6.8%.從中發(fā)現(xiàn)，實測曲線比仿真曲線的中心頻率偏高，并且帶寬增大。由[5]的理論分析可知，這是由于Y型微帶線和介質(zhì)諧振器之間的空氣層所造成的。在仿真中，理想地認(rèn)為介質(zhì)諧振器和基板是完全吻合，無空氣層，但在實際加工測量時，由于介質(zhì)諧振器表面的不平以及Y型金屬微帶線具有一定的厚度導(dǎo)致了基板和介質(zhì)諧振器之間具有一定厚度的空氣層。

此空氣層會引起介質(zhì)諧振器相對介電常數(shù)的減小，從而導(dǎo)致了中心頻率的偏高以及阻抗帶寬的增大。此外，由于基板FR4材料具有隨溫度的不穩(wěn)定性，在溫度發(fā)生變化時，F(xiàn)R4板的介電常數(shù)會在4.2~4.6之間變化，也會使天線的頻率和帶寬產(chǎn)生變化。

（a）未放介質(zhì)諧振器（b）放介質(zhì)諧振器后

圖2天線實物圖

圖3天線的仿真和測試反射損耗曲線

圖4給出了圓極化介質(zhì)諧振器天線的軸比曲線圖。可見，Y型微帶線饋電介質(zhì)諧振器天線的軸比帶寬為53MHz,覆蓋頻率范圍為4.173to4.225GHz，在4.195GHz處為軸比最小值，達(dá)到了0.25dB。而實測的軸比頻帶發(fā)生了偏移，，頻率覆蓋范圍從4.187to4.237GHz，軸比最小值為0.8dB。由于單饋點實現(xiàn)圓極化的固有缺點，所得到的軸比帶寬比較窄。

圖4介質(zhì)諧振器天線的軸比曲線圖

圖5給出了天線的計算方向圖，可見，在兩個主平面內(nèi)，具有較寬的波束，而且具有很好的對稱性。該天線在工作頻帶范圍內(nèi)，增益能穩(wěn)定保持在5.6dBi以上。

圖5介質(zhì)諧振器天線的方向圖

4結(jié)論

本文提出了一種對陶瓷材料的介質(zhì)諧振器采用Y型微帶線饋電實現(xiàn)圓極化的方法。天線的體積小、結(jié)構(gòu)簡單，僅由一個半徑為4.5mm的圓柱形介質(zhì)諧振器及的基板所構(gòu)成，并且只用通過調(diào)整Y型饋線兩個開路枝節(jié)的長度和寬度，便可以實現(xiàn)圓極化。采用Y型微帶線的饋電方法，不僅實現(xiàn)了圓極化，軸比的最低點達(dá)到了0.3dB，而且簡化了饋電網(wǎng)絡(luò)，獲得了6.8%的阻抗帶寬，比采用單根微帶線饋電[6]（阻抗帶寬為1%）的帶寬增大了6.8倍，適用于衛(wèi)星通信的移動終端。