一種新型平面印刷倒F天線

袁娜+吳軍軍+李鐵軍+李航

摘 要： 本文設(shè)計(jì)了一種新型平面印刷倒F天線，對(duì)傳統(tǒng)的倒F結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，設(shè)計(jì)時(shí)利用曲流技術(shù)，通過將輻射枝節(jié)彎曲設(shè)計(jì)來達(dá)到天線諧振頻率要求，減小了天線寬度和重量，且輻射體結(jié)構(gòu)簡單，不需附加匹配電路。設(shè)計(jì)出天線的諧振頻率為262MHZ，具有增益高、體積小、便于生產(chǎn)、重量輕等優(yōu)點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：倒F天線 曲流技術(shù) 枝節(jié)彎曲

中圖分類號(hào)：TN82 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-9082（2017）03-0293-01

引言

倒F天線是由四分之一波長單極子天線演變而來，把單極子天線的部分彎折90°后就形成倒L天線，它由垂直的短單極子和加載在單極子末端的水平部分組成，相當(dāng)于給單極子天線增加了一個(gè)頂部負(fù)載，可以減小單極子天線的縱向尺寸。

鑒于有時(shí)對(duì)倒L天線有高度限制，導(dǎo)致其輸入阻抗很小，與50歐姆同軸線匹配困難。在倒L天線水平枝節(jié)的末端再增加一個(gè)倒L線段，就形成了倒F天線。對(duì)于倒F天線而言，不需通過另外的電路，只要改變天線一些結(jié)構(gòu)參數(shù)就可以實(shí)現(xiàn)匹配，從而簡化了天線結(jié)構(gòu)[1]。

一、新型平面印刷倒F 天線設(shè)計(jì)

倒F天線是單頻點(diǎn)天線常用的結(jié)構(gòu)形式，本文以平面倒F天線為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)了一種工作在262MHz的新型平面印刷倒F天線[2]，該天線的基本結(jié)構(gòu)如圖1所示。天線從接地端到開路端的長度為AB+BC+CD，接地點(diǎn)到饋電點(diǎn)的長度為AB+BC+CE，從饋電點(diǎn)到開路端的長度為EC+CD，通過調(diào)節(jié)A、B、C、D、E五個(gè)點(diǎn)的位置改變上述各長度，從而改變天線的輸入阻抗來實(shí)現(xiàn)阻抗匹配。

由于對(duì)天線尺寸有限制，如果采用上述傳統(tǒng)的平面印刷倒F天線，輻射桿BD的長度大約在300mm左右，尺寸過大，不能滿足設(shè)計(jì)要求。利用曲流技術(shù)將天線頂部的部分輻射枝節(jié)由直線變?yōu)榍€，不改變天線輻射特性，將天線輻射桿長度減小到180mm左右，大幅度縮小了天線尺寸[3]。

曲流技術(shù)廣泛應(yīng)用于微帶貼片天線，通過將天線貼片表面激勵(lì)電流的路徑彎曲，實(shí)現(xiàn)天線小型化[4]。曲流技術(shù)使電流有效路徑變長，由于天線的諧振頻率隨電流路徑的長短而變化，路徑越長天線諧振頻率越低，因此利用這一概念可以控制天線頻率，滿足設(shè)計(jì)需要。

將平面倒F結(jié)構(gòu)與曲流技術(shù)相結(jié)合，應(yīng)用到本天線方案設(shè)計(jì)中，可以實(shí)現(xiàn)天線262MHz的工作頻率，使天線小型化，天線輻射體結(jié)構(gòu)如圖2所示。

二、仿真模型

通過使用電磁場高頻仿真軟件HFSS，仿真了天線各項(xiàng)參數(shù)對(duì)性能的影響。調(diào)整倒F天線各段輻射體的長度和寬度、饋電點(diǎn)和接地點(diǎn)的距離、曲流路徑的長短、寬窄和疏密度，通過優(yōu)化來實(shí)現(xiàn)其阻抗匹配，最終得出倒F天線的基本仿真尺寸。仿真的電壓駐波比曲線和水平面輻射方向圖如圖3和圖4所示。

由上面兩幅仿真圖可以看出，天線諧振點(diǎn)在262MHz，水平面方向圖為全向，不均勻度好，增益值為1.7 dBi，滿足設(shè)計(jì)要求。

三、實(shí)物及測試結(jié)果

按照仿真結(jié)構(gòu)制作出天線，實(shí)物和仿真結(jié)果存在差異，通過調(diào)節(jié)彎曲枝節(jié)末端的長短，使天線諧振頻率在262MHz。實(shí)測天線電壓駐波比如圖5所示，天線在其工作頻段內(nèi)阻抗匹配良好，電壓駐波比均小于1.5。

實(shí)測天線方向圖如圖6所示，水平面方向圖為全向，增益最小值為0.9dBi，滿足設(shè)計(jì)最初增益大于0dBi的要求。

四、結(jié)論

本文設(shè)計(jì)了一種工作在262MHZ的新型平面印刷倒F天線，將天線部分輻射枝節(jié)設(shè)計(jì)為曲線，增加了輻射桿的電長度，將天線寬度減小，最終實(shí)現(xiàn)小型化設(shè)計(jì)。

參考文獻(xiàn)

[1]周江昇、王玉峰、周軍、陳云，一種應(yīng)用于RFID的印刷倒F天線設(shè)計(jì)，微博學(xué)報(bào)，2010.8：185-187

[2]陳曦、李曉波、倪淑燕，無人機(jī)機(jī)載通信倒F天線的設(shè)計(jì)與特性分析，裝備指揮技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2007.18（4）：84-88

[3]王志遠(yuǎn)、倪文俊、蔣凡杰，螺旋加載倒F天線的設(shè)計(jì)，2009年全國天線年會(huì)論文集，1298-1300

[4]張蓮，小型化微帶天線的寬頻帶和多頻段研究，2005，華東師范大學(xué)碩士學(xué)位論文