一種寬頻帶印刷縫隙天線(xiàn)

　　摘要：通過(guò)對花瓣形天線(xiàn)和單極子天線(xiàn)的研究，設計了一款超小型印刷縫隙天線(xiàn)，該天線(xiàn)的工作頻寬為4.8~31.5GHz，基本覆蓋SHF頻段。在此頻段該天線(xiàn)具有穩定的增益，且波形保真特性良好。該天線(xiàn)尺寸小，成本低，且易于與其他電路集成，是無(wú)線(xiàn)通信收發(fā)天線(xiàn)的一個(gè)很好的選擇。

　　引言

　　目前，無(wú)線(xiàn)通信得到了越來(lái)越為廣泛的應用。而3~30GHz的SHF頻段在無(wú)線(xiàn)通信中也扮演著(zhù)極其重要的角色，該頻段幾乎包括了C、X、Ku、K、Ka等微波波段，并且也覆蓋了UWB(3.1~10.6GHz)頻段。

　　SHF頻段在雷達、DSO衛星以及數據通信等方面都有非常重要的應用，而這些應用中一個(gè)必不可少的組成部分就是終端用于收發(fā)信號的天線(xiàn)。資料顯示，最適合衛星通信的頻率是1~10GHz頻段，即微波頻段、為了滿(mǎn)足越來(lái)越多的需求，研究人員已開(kāi)始研究應用新的頻段，如12GHz，14GHz，20GHz及30GHz。因此，設計出多頻段衛星通信終端天線(xiàn)將成為此類(lèi)天線(xiàn)設計的一個(gè)趨勢。

　　另外，此頻段也將應用于平流層信息平臺固定業(yè)務(wù)。相關(guān)資料顯示，1997年ITU通過(guò)把47~48GHz頻段，寬為600MHz的頻帶分配給平流層信息平臺固定業(yè)務(wù)使用。這個(gè)頻段的特點(diǎn)是波長(cháng)短，天線(xiàn)尺寸小，但雨雪衰減大。在亞洲，由于受雨雪衰減的影響，可以用28~31GHz頻段代替47~48GHz頻段。另外，美日等有關(guān)機構也都在致力于為平流層通信爭取其他頻段，如2、10、20、30GHz等。這些頻段的天線(xiàn)將會(huì )克服47~48GHz頻段天線(xiàn)的一些缺點(diǎn)。

　　但是，目前現有的該類(lèi)天線(xiàn)的貼片輻射單元多采用菱形，方形或水滴形的貼片輻射單元的設計方案，但方形、菱形貼片存在阻抗帶寬相對較窄，雨滴形貼片存在方向圖主瓣在頻率高端的分瓣現象。

　　本文所提出的天線(xiàn)結構簡(jiǎn)單，尺寸小，剖面低，成本便宜，易于加工并可集成到無(wú)線(xiàn)電系統內部。阻帶帶寬和方向圖帶寬足夠寬，可達到4.8~31.5GHz，增益穩定，可用作多頻段衛星通信終端天線(xiàn)，較之前提出的陣列天線(xiàn)尺寸更小。天線(xiàn)的阻抗帶寬除3.1~4.8GHz外，覆蓋了UWB頻段，所以該天線(xiàn)也可用于民用超寬帶(UWB)通信以及短距離無(wú)線(xiàn)通信。

　　寬頻帶天線(xiàn)分析

　　通過(guò)對花瓣形天線(xiàn)和單極子天線(xiàn)進(jìn)行研究，可以發(fā)現，花瓣形天線(xiàn)展寬了工作帶寬，獲得了良好的駐波比特性和方向圖主瓣特性，完成了寬頻帶設計，采用類(lèi)似花瓣形貼片輻射單元，通過(guò)貼片弧度的改變，一定程度上彌補了菱形貼片阻抗帶寬較窄和雨滴形貼片方向圖主瓣在頻率高端的分瓣現象，可以?xún)?yōu)化配置駐波比與方向圖主瓣間的性能。

　　而單極子天線(xiàn)在無(wú)線(xiàn)通信領(lǐng)域都有非常廣泛的應用，如機載和地面通信系統。一個(gè)相對于完純導電地面饋電的單極子的輻射功率，只有類(lèi)似的自由空間偶極子輻射功率的一半，因為功率分布方式相同，但只有半空間。而且，完純導電地平面上面的單極子的波束立體角只有自由空間中相應偶極子的一半，導致方向性加倍。方向性的增加并非由于輻射強度的增加，而是由于平均輻射強度的增加，這是因為單極子的輻射功率僅僅是偶極子輻射功率的一半。因為單極子的長(cháng)度是由波長(cháng)的四分之一或略短，所以在低頻段，單極子的物理長(cháng)度可能會(huì )很長(cháng)，但是，在較高頻段，單極子的尺寸將會(huì )變得很小，這對于制作超小型天線(xiàn)提供了有力的條件。

　　單極子天線(xiàn)的饋電方式有很多種，許多單極子天線(xiàn)通過(guò)印刷傳輸線(xiàn)進(jìn)行饋電，如微帶線(xiàn)饋電和共面波導饋電，其特點(diǎn)是易于同其他電路進(jìn)行集成，因此得到越來(lái)越多的應用。