X波段寬帶微帶陣列天線設計

　　2.3 寬帶同軸線-帶狀線轉換器的設計

　　由于天線單元采用帶狀線進行饋電，而陣列天線的終端接口要求為SMA接頭，因此需要設計寬帶同軸線-帶狀線轉換器。圖4為本設計中應用的一種新型的轉換器。該器件便于在多層微帶結構中使用，可與雙層微帶天線采用相同工藝整體制備。通過將同軸探針與帶狀線末端利用過孔直接相連，并在轉換處去掉適當大小的帶狀線上層地板，可以很好地實現同軸線-帶狀線間的寬帶轉換。采用ANSYS HFSS進行仿真設計，圖5為這種轉換器的仿真結果。可見這種轉換器在8~11GHz的頻帶范圍內保證了很低的回波損耗特性和插入損耗特性。

　　(a)側視圖

　　(b)俯視圖

　　圖4 寬帶同軸線-帶狀線轉換器結構圖

　　3 仿真與測試結果

　　基于前期的設計與仿真優化結果，加工了天線實物，進行了電壓駐波比、增益以及方向圖的測試。圖6為天線實物照片;圖7為電壓駐波比的仿真與測試對比曲線;圖8為工作頻帶內天線增益的仿真與測試對比曲線;圖9為中心頻率主平面方向圖的仿真與測試對比曲線。

　　(a)插入損耗仿真結果

　　(b)回波損耗仿真結果

　　圖5 寬帶同軸線-帶狀線轉換器仿真結果

　　圖6 天線實物

　　圖7 電壓駐波比的仿真與測試對比曲線

　　圖8 增益的仿真與測試對比曲線

　　(a)E面

　　(b)H面

　　圖9 中心頻率主平面方向圖仿真與測試對比曲線

　　通過分析仿真與測試結果可知：天線的阻抗帶寬可達18%，仿真與測試曲線吻合良好。在工作頻段內，測試增益大于22dBi，副瓣電平優于-18dB，較仿真結果略差，但曲線整體趨勢相同。這是由于天線在建模與仿真過程中，邊界條件設置過于理想，而實際的天線加工精度、平整度、介質的均勻性以及天線邊緣繞射效應等影響沒有考慮進去造成的。

　　4 結論

　　本文設計了一種X波段寬帶微帶陣列天線，并給出了基本設計流程。通過對天線單元、陣列和饋電轉換結構的設計，使天線具有寬帶和較低副瓣的特點。仿真與測試結果吻合好，天線的阻抗帶寬可達18%，工作頻帶內增益大于22dBi，副瓣電平優于-18dB。該天線在高性能寬帶無線系統當中有較好的應用前景。