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(一般頻帶的相對帶寬只有2%~5%)。
對于工作在北斗頻段的微帶天線而言,由于帶寬較窄,所以對工作頻點(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,但這樣會引入表面波損耗;減小介質(zhì)的相對介電常數(shù),但是會使基板的尺寸加大;增加寄生單元,同樣會使基板的面積加大;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貼片進(jìn)行饋電不同,本文采用了正交微帶線對貼片進(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。
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