超寬帶錐削槽天線(xiàn)的分析和設(shè)計(jì)

李昕桉 李慶浩 王巍

摘要：設(shè)計(jì)了一種超寬帶錐削槽天線(xiàn)，當(dāng)頻率為1.25GHz～7.92GHz時(shí)，其VSWR≤2，具有頻帶寬，方向性好的特點(diǎn)，能夠廣泛應(yīng)用于通信對(duì)抗等領(lǐng)域。文中利用高頻結(jié)構(gòu)仿真軟件HFSS對(duì)天線(xiàn)的饋電網(wǎng)絡(luò)及輻射口徑進(jìn)行了優(yōu)化，并進(jìn)行了仿真分析，通過(guò)計(jì)算天線(xiàn)的駐波比、方向圖、增益等特性驗(yàn)證了天線(xiàn)的超寬帶特性。

關(guān)鍵詞：超寬帶 錐削槽天線(xiàn) 高增益

中圖分類(lèi)號(hào)：TN820 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2016）07-0177-02

1 引言

現(xiàn)代雷達(dá)、電子對(duì)抗、無(wú)線(xiàn)通信、射電天文等領(lǐng)域電子設(shè)備的不斷升級(jí)和日益多功能化給天線(xiàn)提出了越來(lái)越高的要求，超寬頻帶天線(xiàn)及陣列已成為當(dāng)前國(guó)內(nèi)外天線(xiàn)領(lǐng)域的重要研究課題之一。錐削槽天線(xiàn)是一種應(yīng)用日益廣泛的超寬帶天線(xiàn)，具有很寬的頻帶、高的增益以及良好的時(shí)域特性等優(yōu)點(diǎn)。近年來(lái)，錐削槽天線(xiàn)一直受到國(guó)內(nèi)外學(xué)者的熱點(diǎn)研究。

2 錐削槽天線(xiàn)

2.1 錐削槽天線(xiàn)理論

本文設(shè)計(jì)的錐削槽是一種對(duì)數(shù)漸變超寬帶天線(xiàn)，輻射部分的形狀由以下對(duì)數(shù)函數(shù)決定，（χ1，z1）和（χ2，z2）為漸變槽線(xiàn)的起點(diǎn)和終點(diǎn)，R為漸變率。

（1）

（2）

（3）

式中，R是錐削槽的張開(kāi)率，一般選擇R的范圍在-18～-14之間。錐削槽天線(xiàn)的最大截止波長(zhǎng)與其口徑尺寸有關(guān)，大約是口徑尺寸的兩倍。

2.2 饋電網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)

帶狀線(xiàn)-雙面槽線(xiàn)轉(zhuǎn)換器選用介電常數(shù)為2.2、損耗正切較小的TLY-5板材，厚度t1=t2=0.508mm。采用Ansoft HFSS電磁仿真軟件對(duì)圖1中模型進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，最終結(jié)構(gòu)參數(shù)為：W1=0.89mm，W2=0.61mm，W3=0.32mm，L1=15mm，L2=2.03mm，L3=4.23mm，D1=8.5mm，R2=4.9mm，LT=0.23mm，AR=109°，仿真得到該轉(zhuǎn)換器回波及傳輸特性 曲線(xiàn)如圖2所示。

3 天線(xiàn)的仿真分析

通過(guò)對(duì)該天線(xiàn)參數(shù)模型進(jìn)行優(yōu)化仿真，最終得到該天線(xiàn)錐削槽張開(kāi)率R=-17.3，天線(xiàn)開(kāi)口尺寸為196mm，長(zhǎng)度為310mm。

圖3給出了錐削槽天線(xiàn)仿真駐波比曲線(xiàn)，該天線(xiàn)在1.25GHz至7.92GHz頻率范圍內(nèi)的6.67GHz帶寬VSWR<2。

圖4給出了錐削槽天線(xiàn)的增益曲線(xiàn)，天線(xiàn)在7.5dBi以上增益的帶寬為1.42GHz～8GHz范圍內(nèi)，整個(gè)頻帶內(nèi)，最大增益約為14.3dBi，出現(xiàn)在7.6GHz處。圖5、給出了該天線(xiàn)在1GHz、8GHz仿真方向圖曲線(xiàn)，從圖中可以看出，該天線(xiàn)具有較好的定向性。

4 總結(jié)

本文設(shè)計(jì)了一種對(duì)數(shù)結(jié)構(gòu)形式的錐削槽 天線(xiàn)，相比于傳統(tǒng)的指數(shù)錐削槽天線(xiàn)具有更高的增益及高頻段更好的定向性。結(jié)果表明該天線(xiàn)能夠在頻率范圍1.27～7.92 GHz內(nèi)實(shí)現(xiàn)駐波比VSWR<2，天線(xiàn)的方向性較好、增益較高；同時(shí)，該天線(xiàn)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于加工制造。

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