具有陷波特性的寬帶微帶線－槽線巴倫的設(shè)計

徐 平

(西安導(dǎo)航技術(shù)研究所通信事業(yè)部，陜西西安 710068)

通信技術(shù)的快速發(fā)展，無線頻譜資源的日趨密集，使得通信設(shè)備的集成度逐漸增加，并可擁有多種無線通信模塊，同時相互穩(wěn)定、高效地工作。這也就對通信設(shè)備的前端關(guān)鍵部件天線提出了更高的要求［1－2］。

平衡結(jié)構(gòu)的天線一般都具有完全對稱的輻射臂。當(dāng)采用微帶線、共面波導(dǎo)或同軸線等不平衡饋線饋電時，為實現(xiàn)天線饋電網(wǎng)絡(luò)的阻抗匹配并保證天線的電性能不發(fā)生畸變，需要設(shè)計適當(dāng)?shù)牟黄胶饩€至平衡線的巴倫來進行饋電。同時，為了抑制其他頻段信號對所用無線通信系統(tǒng)的潛在干擾，就需要設(shè)計具有陷波特性的天線和相應(yīng)的微波電路［1－4］。

本文提出了一種可用于槽線天線饋電的具有陷波特性的寬帶微帶線－槽線巴倫。通過引入的階梯阻抗變換器，有效拓寬了巴倫的工作帶寬;通過在微帶線開路端引入的λ0/4的開路枝節(jié)(λ0為陷波波頻段中心頻率的自由空間波長)，實現(xiàn)了對干擾頻段信號的抑制［4－8］。

1 巴倫的設(shè)計與結(jié)構(gòu)

提出的具有陷波特性的寬帶微帶線－槽線巴倫的結(jié)構(gòu)如圖1所示。巴倫選取相對介電常數(shù)為2.65，厚度為2 mm的介質(zhì)基板印制。介質(zhì)基板的上層是帶有扇形開路枝節(jié)和階梯阻抗變化器的微帶線;下層是帶有圓形短路枝節(jié)的槽線。在微帶線扇形開路枝節(jié)上引入陷波開路枝節(jié)，用于抑制其他頻段的潛在干擾。階梯阻抗變換器用來實現(xiàn)槽線與50Ω微帶線的寬帶阻抗匹配。微帶扇形枝節(jié)的半徑R=14 mm，角度θ=85°;陷波開路枝節(jié)的長度為58 mm;槽線圓形枝節(jié)的半徑R=17 mm。

微帶線－槽線巴倫的等效電路如圖2所示。可以看出，在陷波頻段時，引入的λ0/4的開路枝節(jié)可使得巴倫對該頻段產(chǎn)生陷波特性。

圖1 微帶線－槽線巴倫結(jié)構(gòu)示意圖

圖2 微帶線－槽線巴倫等效電路圖

使用3D電磁仿真軟件Ansoft HFSSV13對設(shè)計的微帶線－槽線巴倫進行了仿真優(yōu)化分析，得到的最終尺寸如下:W1=5.5 mm，W2=4.5 mm，W3=2.4 mm，W4=1.5 mm，W5=1.2 mm，W6=0.2 mm，L1=21 mm，L2=47 mm，L3=47 mm，L4=7 mm，L5=67 mm，L6=58 mm，R1=17 mm，R2=14 mm，θ=85°。

2 結(jié)果分析

圖3給出了巴倫在引入陷波開路枝節(jié)前后的仿真駐波比對比?？梢钥闯觯莶ㄩ_路枝節(jié)對陷波頻段實現(xiàn)了明顯的抑制。

圖3 λ0/4開路枝節(jié)引入前后的巴倫駐波比

圖4和圖5給出了陷波開路枝節(jié)的長度L6和寬度W6不同時，天線駐波比的仿真結(jié)果。如圖所示，改變陷波開路枝節(jié)的長度L6，可以調(diào)節(jié)巴倫的陷波頻段的位置;改變陷波開路枝節(jié)的寬度W6，可以對陷波頻段的寬度進行微調(diào)。

圖4 參數(shù)L6對巴倫駐波比的影響

圖5 參數(shù)W6對巴倫駐波比的影響

圖6給出了巴倫的S參數(shù)仿真結(jié)果?？梢钥闯?，巴倫除陷波頻帶1.25～1.46 GHz外，在頻帶0.38～2 GHz內(nèi)反射系數(shù) S11≤ －10 dB，插入損耗 S21≥－1.8 dB。

圖6 微帶線－槽線巴倫仿真結(jié)果

3 結(jié)束語

本文提出了一種具有陷波特性的寬帶微帶線－槽線巴倫。利用階梯阻抗變換器，實現(xiàn)了巴倫的寬帶阻抗匹配;利用開路枝節(jié)，對干擾頻段實現(xiàn)了明顯的抑制。實測結(jié)果表明，巴倫滿足0.38 MHz～2 GHz的阻抗帶寬，并對1.25～1.46 GHz頻帶具有良好的陷波特性。

［1］魏文元，宮德明，陳必森.天線原理［M］.北京:國防工業(yè)出版社，1985.

［2］鐘順時.微帶天線理論與應(yīng)用［M］.西安:西安電子科技大學(xué)出版社，1991.

［3］王乃彪.超寬頻帶錐削槽天線及陣列的設(shè)計與實現(xiàn)［D］.西安:西安電子科技大學(xué)，2010.

［4］宋躍.多頻帶/超寬帶印刷天線及錐削縫隙陳列研究［D］.西安:西安電子科技大學(xué)，2010.

［5］Uyen K，Wollack E J，Horst S，et al，Slotline stepped circular rings for low－loss microstrip－to－slotline transitions［J］.IEEE Microwave and Wireless Components Letters，2007，17(2):100－102.

［6］Schuppert B.Microstrip/slotline transitions:modeling and experimental investigation［C］.IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques，1988，36(8):1272 －1282.

［7］Zinieris M M，Sloan R，Davis L E.A broadband microstrip －to－slot－ line transition［J］.Microwave and Optical Technology Letters，1998，18(5):339 －342.

［8］涂升，焦永昌，宋躍，等.一種具有陷波特性的Vivaldi天線設(shè)計［J］.電波科學(xué)學(xué)報，2010，25(2):383－388.