1 引言

微帶天線(xiàn)，由于其重量輕，尺寸小的優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)被廣泛的使用在各種場(chǎng)合。然而，眾所周知，傳統微帶天線(xiàn)的帶寬很窄，只有大約5%左右，嚴重影響了微帶天線(xiàn)在寬帶領(lǐng)域的應用。眾多學(xué)者為解決這個(gè)問(wèn)題提出了很多有用的設計方案來(lái)提高微帶天線(xiàn)的帶寬。這些技術(shù)主要有：寬帶阻抗匹配網(wǎng)絡(luò )技術(shù)，疊層或平面結構中的多諧振頻率技術(shù)，U型槽加載，容性探針饋電，和L型探針饋電，E型微帶貼片天線(xiàn)。帶V型槽的矩形微帶天線(xiàn)。

一般情況下，傳統的矩形微帶貼片天線(xiàn)的阻抗帶寬約為5%左右。然而,增加介質(zhì)底板的厚度, 可以一定程度上增加天線(xiàn)的阻抗帶寬。但是隨著(zhù)饋電探針的增長(cháng)，天線(xiàn)的饋電端口處的感性也會(huì )逐漸增大，從而造成端口處阻抗失配導致天線(xiàn)帶寬降低。如果在天線(xiàn)上刻槽則可以引入附加電容從而抵消探針加長(cháng)的電感效應，使得天線(xiàn)端口獲得良好的匹配。而且槽的存在還能夠產(chǎn)生另外一個(gè)諧振頻率，只要適當的調節槽的位置和長(cháng)度，使得槽的諧振頻率接近天線(xiàn)的諧振頻率則可以進(jìn)一步增大天線(xiàn)的阻抗帶寬。

2 天線(xiàn)結構

該天線(xiàn)的設計要求地板大小為1cm*1cm，帶寬要求>10％，中心頻率在9.6GHZ。結合微帶天線(xiàn)的知識我們知道：9.6GHZ的中心頻率對應的真空波長(cháng)為3.125cm，半波長(cháng)則為1.5625cm。當使用等效介電常數為2.5的襯底材料時(shí),等效介質(zhì)中的半波長(cháng)約為1cm。本文在u型微帶貼片的基礎上，取u型天線(xiàn)的一半來(lái)設計，即簡(jiǎn)化了設計參數又減小了貼片天線(xiàn)的尺寸，天線(xiàn)帶寬在20%以上，貼片大小在1平方厘米以?xún)?，探針饋電，中心頻率交叉極化-10 dBi左右，增益2dBi左右。天線(xiàn)的單元設計和參數優(yōu)化均使用商業(yè)軟件ZELAND IE3D。微帶天線(xiàn)的襯底介質(zhì)e=2.5，介質(zhì)厚度h=2mm, 損耗角正切tans=0.0015。天線(xiàn)結構實(shí)物圖如圖1所示。

圖1 半U型開(kāi)槽微帶貼片天線(xiàn)實(shí)物圖

圖2 半U型開(kāi)槽微帶貼片天線(xiàn)仿真S11

圖3 半U型開(kāi)槽微帶貼片天線(xiàn)中心頻率方向圖

圖4 半U型開(kāi)槽微帶貼片天線(xiàn)實(shí)測帶寬(25.5%)。

ψ=0

ψ=90

圖5 半U型開(kāi)槽微帶貼片天線(xiàn)中心頻率實(shí)測方向圖

圖2為該天線(xiàn)結構在商業(yè)軟件ZELAND IE3D中建模分析的阻抗特性曲線(xiàn)。從圖中可以看出天線(xiàn)電磁仿真的相對帶寬為24%。圖3為該天線(xiàn)結構在商業(yè)軟件ZELAND IE3D中建模分析的中心頻率的遠場(chǎng)輻射方向圖的結果。圖4為該天線(xiàn)的阻抗特性曲線(xiàn)，從圖中可以看出該天線(xiàn)的實(shí)測阻抗特性曲線(xiàn)形狀同圖2中有些區別，但是就整個(gè)帶寬范圍而言變化不大，估計產(chǎn)生原因應該是仿真模型和實(shí)測模型在饋電部分的差異造成的，由于貼片結構并無(wú)變化，所以個(gè)帶寬范圍并沒(méi)有較大變化。

實(shí)測的天線(xiàn)阻抗帶寬約為25.5%。圖5為該天線(xiàn)的實(shí)測中心頻率處的遠場(chǎng)方向圖。同圖3的比較可以看出ZELAND IE3D的仿真結果較為平滑，圖5中的實(shí)測天線(xiàn)方向圖有稍微的波動(dòng)，就其原因我們認為是ZELAND IE3D的計算是基于GREEN函數的分層介質(zhì)模型，由于介質(zhì)沒(méi)有截斷，仿真得到的遠場(chǎng)方向圖中沒(méi)有表面波在介質(zhì)截斷面處的輻射貢獻，所以得到的仿真方向圖結果較為平滑。而實(shí)測結果中既包含了天線(xiàn)本身的輻射又疊加了介質(zhì)截斷面處表面波的輻射，所以波瓣出現了稍微的波動(dòng)，同時(shí)測量誤差也是造成波瓣出現了波動(dòng)的原因之一。

3 結論

半U型槽的微帶貼片天線(xiàn)有25.5%的帶寬較傳統微帶天線(xiàn)的帶寬提高了5倍以上，并且在地板和天線(xiàn)尺寸幾乎相同的情況下天線(xiàn)增益達到了2dBi以上，且結構上比較簡(jiǎn)單，加工比較方便，是一種較好小型化寬頻帶天線(xiàn)形式。