帶短路匹配枝節的微帶全向天線(xiàn)設計與分析

摘要：提出微帶全向天線(xiàn)天線(xiàn)，結合微帶漸變結構和λg／4短路匹配枝節結構，從而改善了天線(xiàn)的阻抗匹配，降低了天線(xiàn)的電壓駐波比，提高了天線(xiàn)的增益。天線(xiàn)實(shí)物采用7節微帶單元級聯(lián)，在2 400～2 483．5 MHz的頻帶范圍內實(shí)測VSWR1．35，天線(xiàn)實(shí)測平均增益為9 dBi。采用更多的微帶單元級聯(lián)，可提高天線(xiàn)增益，適用于移動(dòng)通信基站。
關(guān)鍵詞：微帶全向天線(xiàn)；微帶漸變結構；λg／4短路匹配枝節

在移動(dòng)通信領(lǐng)域中，全向高增益天線(xiàn)有著(zhù)廣泛的應用。微帶交叉陣子天線(xiàn)作為一種全向高增益天線(xiàn)，以其結構簡(jiǎn)單，匹配容易，便于批量生產(chǎn)以及造價(jià)低廉等優(yōu)點(diǎn)受到重視。一般的微帶交叉陣子天線(xiàn)如圖1所示，這種結構在仿真和實(shí)測中，方向圖畸變比較嚴重，天線(xiàn)的電壓駐波比也比較差。文獻給出了一種改進(jìn)的方案，將微帶天線(xiàn)的地面做成梯形結構，如圖2所示。這在一定程度上改善了天線(xiàn)性能。文中給出了該結構天線(xiàn)的仿真和實(shí)物測試結果，以便與本文提出的微帶全向天線(xiàn)作比較。文中所提出的微帶全向天線(xiàn)如圖3所示。該天線(xiàn)除了采用微帶漸變結構和電感匹配器外，還在天線(xiàn)的頂端加載了λg／4短路匹配枝節。仿真和測試表明，該天線(xiàn)同文獻中提出的天線(xiàn)相比較，具有更好的電壓駐波比和更高的增益，是一種高性能的微帶全向天線(xiàn)。

1 微帶交叉陣子天線(xiàn)的基本原理
微帶交叉陣子天線(xiàn)的基本結構如圖1所示。將每段微帶傳輸線(xiàn)的地面看成同軸線(xiàn)的外導體，導帶看作同軸線(xiàn)的內導體，其與傳統的COCO天線(xiàn)具有相似的結構。同樣，微帶交叉陣子天線(xiàn)也是由多個(gè)λg／2的微帶單元級聯(lián)而成，天線(xiàn)的地面和導帶在介質(zhì)基片的兩側交替放置，從而利用交叉連接來(lái)實(shí)現倒相。由于交叉連接點(diǎn)的不連續性形成輻射，使得這種結構存在兩種模式，即傳輸模和輻射模。對于傳輸模，由于波沿導帶和接地板的內表面傳輸，而且微帶傳輸線(xiàn)是均勻的，所以在分析時(shí)不考慮空間的輻射。而輻射模，則是由于各接地板的交替處電壓源激勵起的輻射電流存在于接地板的內外表面，從而形成輻射。同COCO天線(xiàn)一樣，微帶交叉陣子天線(xiàn)也是一個(gè)陣列天線(xiàn)。由陣列天線(xiàn)的基本理論可知，對于遠場(chǎng)區，天線(xiàn)的歸一化方向性函數為

其中，η為天線(xiàn)的輻射效率；D為天線(xiàn)的方向性系數。

2 微帶交叉陣子天線(xiàn)的設計與分析
基本的微帶交叉陣子天線(xiàn)如圖1所示，實(shí)驗證明，該結構天線(xiàn)的方向圖畸變比較嚴重，而且帶內電壓駐波比也不理想。為了改善天線(xiàn)的性能，將天線(xiàn)地板設計成梯形結構，并在每個(gè)微帶單元導帶的中間加載一個(gè)矩形貼片，用于對天線(xiàn)進(jìn)行調諧，此時(shí)的天線(xiàn)結構如圖2所示，這在一定程度上改善了天線(xiàn)的阻抗特性。加載的矩形貼片相當于1個(gè)電感器。假設該電感器的長(cháng)為l，寬為w，那么其等效電路的電感L如式(3)所示。

其中，h為介質(zhì)板厚度；t是導體的厚度；Kg為校正因子，其經(jīng)驗公式為

從式(3)可以看出，在介質(zhì)板參數確定的情況下，矩形貼片的電感值主要由其寬度w來(lái)決定。