1、2009年第1期總第105期通信對抗COMMUNICATIONCOUATERVfE.ASURESNo.l2(X)9Sum.105一種寬帶低剖面微帶天線的設計崔景波(中國電子科技集團公司第三十六研究所.浙江嘉興314033)摘要：采用口徑耦合饋電方式設計了一種寬帶低剖面微帶天線。該天線在覆銅印制板上開縫，通過微帶線進行能量耦合，減小了微帶線對輻射單元的影響，同時通過調整饋電層與輻射層的間距，達到阻抗匹配的目的'該天線的工作頻段為0.93-1.28GHz(VSWRW2),相對阻抗帶寬達到31.6%。關鍵詞：微帶天線；寬帶；低割面DesignofABroadbandLowProfileApe

2、rture-CoupledMicrostripAntennaCUIJing-bo(No.36ResearchInslUtileofCETC,Jinxing,Zhejiang314033,China)Abstract：Abroadbandlowprofileaperture-coupledniicrostripantennaisdesignedinthispaper.Theradiatedpatchisfedbycouplingcharacteristicbetweenaslotonthegroundplaneandthefeedingmicroscripline,whichreducedthe

3、impactoffeedingmicrostripline.Theaperture-coupledfeedingmethodusedinthispaperisaneffectivetechnologywhichachievesimpedancematchbyadjustingthedistancebetweenradiatingandfeedinglayers.Theoperatingbandoftheproposedantennais0.93GHzto1.28GHz(VSWRW2)andtherelativeimpedancebandwidthis31.6%.Keywords:microst

4、ripantenna;broadband;lowprofile1引言微帶天線由于K體枳小、重筮輕、成本低、具有共形結構、易于批址生產等優點，自20他紀70年代以來引起了廣泛的重視與研究，各種形式的微帶夭線已在衛星通信、多普勒雷達、雷達導猝遙測以及生物工程等領域得到廣泛應用，然而，由于微帶天線向身結構限制，使其Q值較高頻帶較窄.且由于表面波的影響導致效率很低.近年來，已發展了很多克服或減小上述缺點的技術，使得微帶天線的帶寬從常規的1%6%發展到現在的13%ui、6%(VSWRW2),甚至達到25%(VSWRW2)，這使得微帶天線能應用于更多的領域。本文采用口徑耦合的饋電方式實現了一種具有較低剖面

5、的寬帶微帶天線，該天線在0.931.28GHz的頻帶范圍內，實現rVSWRw2的阻抗匹配，達到了31.6%的相對帶寬；同時在阻抗帶寬內，天線的增益大于6dB,波束寬度大于75。另外,本文中的天線具有較低的剖面，僅為35mm,適合具有低剖面要求的程應用。2天線結構天線結構如圖1所示，由輻射貼片層、饋電層以及收稿日期：2008-11-18總第105期崔景波:一種寬帶低剖面微帶天線的設計-63反射層組成。輻射貼片層為一塊矩形貼片印制板，貼片尺寸為Wxwh（長X寬）;饋電層中，在覆銅印制板上開一尺寸為Sx町（長X寬）的縫隙，底層用一條與縫隙方向垂直的微帶線進行能量傳輸，并通過與縫隙間耦合對上層貼片進行

6、饋電形成了口徑耦會的饋電方式。該天線通過F層微帶線與縫隙的能量耦合，形成一個諧振點；同時由縫隙輻射的能量耦合到輻射貼片，形成另一個諧振點。通過調整翎射層與饋電層的間距4和饋電層與反射層的間距心，構成了具有寬頻特性的雙峰諧振回路.實現寬帶微帶天線。制射貼片層間距也信電層間距A,制射貼片層間距也信電層間距A,圖1天線結構曰徑耦合饋電方式（如圖2所示）克服了傳統饋電方式的許多缺點：同軸饋電方式引入寄生電感；網絡饋電方式會引入饋電網絡的自身輻射，等等。此外，曰徑耦合饋電方式還具有很多獨特的優點：a）避免了在基片上打孔，便于制作；b）由于公共縫隙開在接地板上，使得饋電層與輻射層完全隔離，不僅避免了饋電網

7、絡的輻射干擾，而且輻射單元和饋電網絡可以分別采用低介電常數的厚基片和高介電常數的薄基片以實現各自性能的優化；c）通過調節匹配枝節1=的長度,易于實現阻抗匹配。在口徑耦合的饋電方式中，縫隙長度與寬度對諧振頻率和諧振電阻影響都較大:縫隙越長，寬度越大，則諧振頻率越低，同時會帶來很大的背向輻射。為減少背向輻射，縫隙寬度Ws般限制在0.0J5Xo以內，主要通過適當改變縫隙K度Sl來調節諧振頻率和諧振阻抗。匹配枝肯I岳的長度一般取0.07入。左右。微帶線的寬度W可通過微帶線特性阻抗公式計算：2（hr/Vef（）1.393+0.6671n（1.444）hh其中,人為介質板厚度，氏為相對介電常數.旦=號t專

8、L（l+12苫）8（2）一般，我們取陣500,確定印制板厚度/«即可得出W。為了獲得較好的阻抗帶寬,可采用HFSS軟件對輻射貼片尺寸叫乂皿、縫隙長度S、匹配枝節小、間距必及相進行優化。3仿真與實測結果輻射貼片層和饋電層以及反射層均采用介電常數為4.4、厚度為2mm、尺寸為140mmx140mm的FR-4板°通過優化后得出一組最優尺寸，貼片尺寸"M=83mm,縫隙長度S,=80mm,縫隙寬度W,=4mm,匹配枝p/=18mm,間距力|=17mm.人2=12mm,微帶線的寬度W=3.9mm。采用HFSS10仿真得到的結果如圖37所示。按上述尺寸加工了天線模型，并進行了

9、實測，得到的駐波比及增益曲線分別如圖3和圖4所示。困2口徑根合僚電層尺寸及位五關系仿賓批波比實測住波比250.909511051.1115121251.3圖3仿真及實測駐波比曲線仿真阻抗頻帶為0.951.25GHz,約為27.3%的相對帶寬，兩個諧振點分別位于1GHz和1.18GHz0實測阻抗頻帶為0931.28GHz,達到31.6%的相對帶寬，兩個諧振點分別位于0.985GHz和1.19GHzo實測駐波帶寬略大于仿真駐波帶寬(這是由于仿真時介質板的介電常數及損耗正切都是常數，而實際介質板的介電常數及損耗正切會有些微小變化，使得實測結果略優于仿真結果：)，仿真與實測駐波曲線的趨勢基本-致。80

10、9511.051.11.1512125頻率(GHz)圖4仿真及實溺增益曲線756.(0P)加鞭圖71.25GHz的H面萬向圖選取0.951.25GHz頻段進行增益測試，如圖4所示，在此頻段內，增益大于6dB,與頻率大體呈線性關系,其中，在1.2GHz時天線具有最大實測增益，約為7.7dB3實測與仿真的增益曲線趨勢比較一致°圖5、圖6、圖7分別給出了0.95GHz、l.lCHz、1.25(ep9xl*&1«圖5().95GHz的H面方向圖GHz的H面方向圖。實測方向圖的波束寬度大于75。，與仿苴基本一致。低頻端前后比為10HB,其余頻點的前后比均大于15dBo實際使用

11、中可通過加大反射板面積來提高低端的前后比。4結論本文采用口徑耦合方式進行饋電，通過調整饋電層與輻射層的間距，在天線帶寬與縱向尺寸之間達到一個最佳組合，使得在縱向尺寸僅為35mm的情況下，在0.931.28GHz的頻段內VSWRW2,相對阻抗帶寬達到了31.6%。該夭線的縱向尺寸僅為傳統天線的一半左右(35mm),非常適合與載體共形，有很好的應用前景c”。-I-»»M0參考文獻：1PozarDM,KaufmanB.IncreasingtheBandwidthofaMicrostripAntennabyProximityCouplingElectronicsLetters,1987.23(9):368-369.|2|徐健.吸必魅帶貼片大線的理論分析與實驗研究D.北京：北京理工大學，1993.3劉章發.宛頻帶做帶天線的設計與相控陣掃描特姓的研究DJ.北京：北京理工大學，1996.4PozarDM.AMicrostripAntenna