雙層寬頻微帶天線的設(shè)計(jì)

摘要：微帶天線的窄頻帶特性是限制其廣泛應(yīng)用的重要原因之一，因此，如何展寬微帶天線的帶寬的問題一直受到研究人員的關(guān)注。通過采用雙層多貼片及在兩貼片之間加入空氣層的結(jié)構(gòu)來達(dá)到增加微帶天線帶寬的目的。此外，利用微帶線進(jìn)行正交饋電，在滿足寬頻帶的同時(shí)，也實(shí)現(xiàn)了天線的圓極化。由貼片間的諧振耦合作用，該天線的頻帶展寬為11.04％(VSWR≤2)，且增益達(dá)到了5．2dB，可以在1.206～1.346G的L波段內(nèi)工作。
關(guān)鍵詞：微帶天線；雙層貼片；寬頻帶；圓極化

0 引言
微帶天線是在帶有導(dǎo)體接地板的介質(zhì)基片上附加導(dǎo)體貼片而構(gòu)成的天線，采用微帶線或者同軸探針對(duì)貼片進(jìn)行饋電，在貼片和接地板之間激勵(lì)起電磁場，通過貼片與縫隙向外輻射。由于微帶天線具有體積小，剖面低，重量輕，易饋電以及易與載體共形安裝等優(yōu)點(diǎn)，而廣泛應(yīng)用于測量和通訊各個(gè)領(lǐng)域。但是，由于微帶天線是一種諧振式天線，高Q特性也就決定了其輸入阻抗對(duì)頻率變化很敏感，導(dǎo)致了貼片天線的頻帶較窄(一般頻帶的相對(duì)帶寬只有2％～5％)。
對(duì)于工作在北斗頻段的微帶天線而言，由于帶寬較窄，所以對(duì)工作頻點(diǎn)的準(zhǔn)確性有很高的要求，外界環(huán)境的微小變化都有可能使得頻點(diǎn)發(fā)生漂移，導(dǎo)致天線無法正常工作，為了解決這個(gè)問題，可以擴(kuò)寬微帶天線在頻點(diǎn)周圍的頻帶，這樣即使發(fā)生了頻點(diǎn)漂移，天線的工作頻點(diǎn)依然可以保持在天線的工作帶寬范圍內(nèi)。
針對(duì)擴(kuò)寬微帶天線的頻帶問題，已經(jīng)有了很多設(shè)計(jì)方法：增加介質(zhì)基板的厚度，但這樣會(huì)引入表面波損耗；減小介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)，但是會(huì)使基板的尺寸加大；增加寄生單元，同樣會(huì)使基板的面積加大；增加阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)；縫隙耦合饋電；采用多層結(jié)構(gòu)等。
本文采用在雙層貼片間加入空氣層的結(jié)構(gòu)，利用兩個(gè)貼片之間的相互耦合作用，產(chǎn)生兩個(gè)相近的諧振頻率點(diǎn)，從而達(dá)到增加微帶天線頻帶寬度的目的。下面對(duì)該微帶天線結(jié)構(gòu)、理論和仿真結(jié)構(gòu)進(jìn)行論述，并在最后給出了結(jié)論。

1 微帶天線的設(shè)計(jì)
1．1 雙層微帶天線的結(jié)構(gòu)
微帶天線的結(jié)構(gòu)如圖1所示，與傳統(tǒng)微帶天線采用同軸探針對(duì)貼片進(jìn)行饋電不同，本文采用了正交微帶線對(duì)貼片進(jìn)行饋電，這樣既可以避免因?yàn)橥S探針的使用而引入電感，對(duì)天線的阻抗匹配帶來不便，也可以簡單地實(shí)現(xiàn)天線的圓極化功能。兩條正交微帶線的寬度相同，均為W1。此外，從圖中可以看到，在兩個(gè)貼片之間加入了空氣層，使其起到降低介電常數(shù)的作用，從而達(dá)到增加頻帶寬度的目的。