印刷天線饋電研究

周艷秋　賈方

摘要：在傳統(tǒng)H形印刷天線雙面饋電制作的基礎上，討論了采用單面饋電對天線性能的影響。運用基于有限元法的數(shù)值仿真方法對雙面饋電和單面饋電分別進行了研究，給出了兩者的天線駐波比的仿真結果。實驗結果表明此方法可以提高天線的頻帶寬度，同時不會對輻射特性產(chǎn)生影響，并使天線的設計與制作工藝更加簡單化。

關鍵詞：H形印刷天線；雙面饋電；單面饋電；頻帶寬度

1 引言

UHF頻段具有比其它RF波段（L或S波段）更高的穿透性，但是這一波段的波長較長，天線存在重量和尺寸均較大的問題[1、2]。伴隨著電路印刷技術的發(fā)展，印制天線由于重量輕、體積小、低剖面、易于共形和集成等優(yōu)點而得到了廣泛的研究和應用。從最近幾年天線的發(fā)展趨勢來看，采用印刷天線的形式來降低天線的尺寸已成為研究熱點[3、4]。

H形印刷天線尺寸小、重量輕，結構簡單、成本低廉、制作方便，在縮小天線結構尺寸的同時滿足了天線的寬頻帶和高增益的要求。此天線結構主要由三部分組成，H形輻射體，T形匹配結構和槽形底座，如圖1所示。其制作工藝是將雙面微帶敷銅板在其薄介質(zhì)基片上用光敷或蒸鍍等方法作出H形狀的金屬貼片。

2 天線饋電研究

H形印刷天線是在一塊兩面敷銅的介質(zhì)板上雕刻出H形，因此兩面是對稱的。H形印刷天線的饋電一直沿用的是雙面饋的方式，在實際制作中用一小塊銅片跨過底邊焊接在介質(zhì)基板上，然后內(nèi)導體與焊接相連，實現(xiàn)雙面饋電，由于銅片的使用會對饋電處的阻抗匹配產(chǎn)生一定的影響，同時使天線的制作變得復雜，不易于調(diào)試[5]。為此將這種饋電方式進行改變，不再使用銅片，只將其中一面與同軸線的內(nèi)導體相連，進行單面饋電。為驗證單面饋電和雙面饋電對天線性能的影響，對兩者進行仿真，仿真建模均如圖所示，其中，輻射體、T形匹配器等尺寸、材料均相同，邊界條件、激勵源與求解條件設置亦相同，只有饋電點的位置不同。圖2和3為從下到上的視角看去，同軸線的內(nèi)導體和介質(zhì)基板均以標出，圖2同軸線的內(nèi)導體與介質(zhì)基板兩側敷的銅片都接觸，即為雙面饋電，而圖3內(nèi)導體只與基板一側的銅皮接觸，即為單面饋電。

天線仿真模型參數(shù)為：介質(zhì)基板介電常數(shù)，矩形板長寬為18cm×10cm（L×W），凹槽長寬為4cm×3.4cm（b×a）。

3仿真結果分析

由兩幅電壓駐波曲線圖可以發(fā)現(xiàn)，曲線形狀大致相同，雙面饋電時在頻率為414MHz時電壓駐波比最?。篤SWR=1.04，頻帶寬度為245MHz（VSWR≤2）；單面饋電在頻率為421MHz時電壓駐波比最?。篤SWR=1.1，頻帶寬度為280MHz（VSWR≤2），因此單面饋電的帶寬則比雙面饋電時要略寬。對于天線的另一個重要的參數(shù)方向圖也進行了測試，并且測試的結構顯示單面饋電與雙面饋電天線的方向圖基本保持一致，即單面饋電不會對天線的輻射特性產(chǎn)生影響。

4結論

綜上所述，本文將單面饋電技術應用于H形印刷天線。實驗表明該方法可以提高天線的帶寬，且不會對天線的輻射特性產(chǎn)生影響。單面饋電使得該天線的制作更加簡單化，在工程上具有一定的實用價值。

參考文獻：

[1]Youla D C.A new theory of broadband matching[J].IEEE Trans CT，1964

[2]謝處方，邱文杰.天線原理與設計[M].西安：西北電訊工程學院出版社，1985

[3]金建銘.電磁場有限元方法[M].西安：西安電子科技大學出版社，1998