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[待整理] 一种新型超宽带微带天线

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发表于 2014-10-13 12:51:58 | 只看该作者 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式
O 引 言

        伴随着移动无线通信技术的迅猛发展,特别是一些可携带移动通信设备的需求,小型化超宽印刷微带天线的研究技术得到快速发展。美国通信委员会于2002年将3.1~10.6 GHz频段作为超宽通信使用,使超宽天线技术的研究成为一个新的研究热点。

        大量的不同类型超宽带平面微带单集子天线出现在相关文献中,如矩形、椭圆形、圆形、多面形等,但是有的很难与其他的微波器件集成在一起。最近有些文献提出了对地开矩形缝隙的处理,提高了主抗带宽。文献提出了对贴片开缝隙提高YZ平面辐射特性的一种方法,但其主抗带宽较小。在此提出了一种新型又形结构单集子微带天线,通过对原始五边形贴片结构进化、优化,使得主抗带宽在3.5~14 GHz。特别是对地做半圆形缝隙的处理,提高了天线的辐射特性,而未对主抗带宽形成较大影响。通过应用电磁高频仿真软件HFSS的仿真,此天线结构在3.5~8 GHz的频段内,其XZ面具有良好的全向性,并且在YZ面具有类偶集子辐射特性,在这个频段内,其辐射特性有较好的稳定性。

l 天线结构

        天线的结构如图1所示。仿真中的天线应用相对介电常数为4.4,tan σ=0.02的FR一4介质,其厚度h=1 mm,其尺寸为Wg=25 mm,L=25 mm,通过微带馈电。利用高频电磁仿真软件HFSS对天线进行仿真、优化,其最终结构如图1所示。


        天线各个参数分别如下:Lg=8.5 mm,L1=14.5 mm,L2=12.5 mm,L3=4 mm,Wl=4 mm.W2=3.1mm,W3=1.5 mm,W4=2.5 mm,W5=1.8 mm,其中对地开了一个小半圆缝隙,其半径R=0.9 mm。可以看出此天线结构能够很好地和其他的微波电路集成在一起,馈线的主抗设置为50 Ω,1.8mm×10mm。
2 仿真结果
        如图2所示,其阻抗带宽为3.5~14 GHz,其中心频率为8.25 GHz。可以看出此结构具有两个谐振点,分别是4.27 GHz和8.34 GHz。地板的半圆缝隙降低了5~8.2 GHz这个频段的s11参数,对12~14 GHz有明显的影响,但对其他的频段没有什么影响。可见地板的半圆形缝隙的引入对s11参数影响不大。

        图3是对地开半圆缝隙与未做处理的辐射图对比,可以看出在XZ,YZ面的辐射图均有很大改善。在XZ平面半圆缝隙对低频影响较大,降低了增益,使得增益在这个频段内变化比较平滑。在YZ平面,半圆形缝隙对90°,270°影响较大,使得在这个角度范围内增益变化较小,而对其他角度没有太大影响。同样半圆缝隙在YZ面对低频段也有较大的影响,提高了O°,180°辐射增益,降低了90°,270°的辐射增益,使得整体辐射具有较好的稳定性,对高频段影响较小。可能半圆缝隙产生了低频断谐波,使得XZ,YZ平面变化均较平滑。表1列出了4~8 GHz内,XZ平面的最高增益和最低增益。


3 结 语
        通过对天线各个参数的优化,以及在地平面开了一个半圆形缝隙,提高了天线辐射特性,该天线结构在4~8 GHz内,在XZ平面具有良好的全向性;在YZ平面具有类偶集子辐射特性。
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