平面行波串饋寬帶頻掃天線(xiàn)

1引言

近年來(lái)，隨著(zhù)現代無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)的高速發(fā)展，微帶天線(xiàn)以其重量輕、成本低、易集成等諸多優(yōu)點(diǎn)，日益受到人們的青睞。但是微帶天線(xiàn)帶寬較窄，相對帶寬一般只有1%~5%，因而在實(shí)際應用中受到了一定的限制。因此，如何展寬微帶天線(xiàn)帶寬具有十分重要的意義。THOMASMETZLER制作了一個(gè)5mm長(cháng)，采用26個(gè)相似微帶貼片諧振單元的行波串饋天線(xiàn)，在1.40~1.43GHz頻帶內，天線(xiàn)增益21.5dB，天線(xiàn)掃描角度2度。本文采用18個(gè)相似微帶矩形貼片諧振單元行波串饋結構，在22.0-25.0GHz頻帶內實(shí)現寬帶掃頻特性，天線(xiàn)掃描角度20.8度。

2天線(xiàn)設計

本文采用18個(gè)相似微帶矩形貼片諧振單元結構，通過(guò)高阻線(xiàn)串聯(lián)饋電，饋電結構簡(jiǎn)單，易于電路集成。單個(gè)矩形貼片諧振單元結構如圖1所示。在天線(xiàn)設計時(shí)，有許多關(guān)鍵的設計參數，如饋線(xiàn)寬度W_feed、貼片寬度W_patch、饋線(xiàn)長(cháng)度L_feed、貼片長(cháng)度L_patch等，下面將對這些關(guān)鍵參數進(jìn)行詳細分析。

圖1矩形貼片諧振單元

2.1天線(xiàn)寬頻帶設計——饋線(xiàn)寬度W_feed和貼片寬度W_patch

天線(xiàn)饋線(xiàn)寬度和貼片寬度比W_Ratio(=W_feed/W_patch)控制著(zhù)饋線(xiàn)與貼片之間的耦合度。每個(gè)貼片單元可以看成是一個(gè)包含輸入端和輸出端的二端口網(wǎng)絡(luò )，端口阻抗由帶線(xiàn)的特征阻抗決定。增大饋線(xiàn)寬度和貼片寬度比W_Ratio，可以減小該諧振單元的Q值，從而增大天線(xiàn)帶寬[3]。但是天線(xiàn)輻射效率幾乎與貼片寬度成正比，增大饋線(xiàn)寬度和貼片寬度比W_Ratio，貼片寬度將相對減小，從而天線(xiàn)輻射效率也將隨之減小。這樣就需要對天線(xiàn)帶寬與天線(xiàn)輻射效率之間有個(gè)權衡，來(lái)確定饋線(xiàn)寬度和貼片寬度比W_Ratio。

為了解決天線(xiàn)帶寬和天線(xiàn)輻射效率之間的矛盾，本文采用了一種饋線(xiàn)寬度和貼片寬度比W_Ratio漸變的結構，如圖2所示。多個(gè)W_Ratio逐漸減小的貼片單元串聯(lián)級聯(lián)在一起，構成貼片天線(xiàn)陣列。在靠近天線(xiàn)輸入端，饋線(xiàn)寬度和貼片寬度比W_Ratio較大，有利于實(shí)現寬帶匹配，展寬天線(xiàn)帶寬。在靠近天線(xiàn)終端，饋線(xiàn)寬度和貼片寬度比W_Ratio較小，貼片寬度相對較大，有利于提高天線(xiàn)輻射效率。

圖2平面陣列天線(xiàn)結構示意圖

2.2天線(xiàn)頻掃設計——饋線(xiàn)長(cháng)度L_feed和貼片長(cháng)度L_patch

微帶貼片天線(xiàn)有兩種類(lèi)型的TEM傳輸線(xiàn)天線(xiàn)：

1）天線(xiàn)終端接匹配負載的行波天線(xiàn)；

2）天線(xiàn)終端為開(kāi)路或短路的駐波天線(xiàn)。