一種小型微帶寬帶全向天線的設(shè)計(jì)

孫魯兵

摘 要：隨著無(wú)線通信技術(shù)的高速發(fā)展，在通信基站等多類系統(tǒng)中，全向天線得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，對(duì)全向天線的性能要求也越來(lái)越高，微帶全向天線具有工藝簡(jiǎn)單和成本低廉等優(yōu)勢(shì)，成為全向天線設(shè)計(jì)的新潮流。寬帶天線在天線應(yīng)用中具有較高的適應(yīng)性?；谶@幾類天線的優(yōu)點(diǎn)，本文設(shè)計(jì)了一種小型的微帶寬帶全向天線，該天線的尺寸很小，僅為30mm*20mm*0.813mm，它由印刷在介質(zhì)板上的偶極子組成，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)全向輻射。該天線通過(guò)微帶線側(cè)饋的方式進(jìn)行饋電。仿真結(jié)果表明，該天線的相對(duì)帶寬較寬，約為17.5%（4.83～5.76GHz）;在該頻帶內(nèi)，天線具有較好的水平全向特性，且天線的最高增益達(dá)到了3.2dB。主瓣方向在整個(gè)工作頻段內(nèi)保持相對(duì)穩(wěn)定。

關(guān)鍵詞：小型化;微帶天線;全向天線

DOI：10.12249/j.issn.1005-4669.2020.27.328

1 引言

隨著無(wú)線通信的飛速發(fā)展，對(duì)通信系統(tǒng)所需天線性能指標(biāo)的要求也越來(lái)越高。全向天線可以與水平面360度范圍內(nèi)的目標(biāo)進(jìn)行通信，因此被廣泛用于移動(dòng)通信、衛(wèi)星通信、無(wú)線傳感器以及空間飛行器等通信設(shè)備中。寬帶天線能夠最大程度上滿足大容量、高速度、高適應(yīng)性等信息傳輸?shù)囊?，并且一副寬帶天線有可能應(yīng)用于多種不同的通信系統(tǒng)。進(jìn)而減少體統(tǒng)中天線的數(shù)量，實(shí)現(xiàn)通信系統(tǒng)的小型化。微帶天線因其加工工藝簡(jiǎn)單，成本低，剖面低，可集成化度高等優(yōu)點(diǎn)有其得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)，在當(dāng)今超薄化、小型化的天線要求下發(fā)揮了巨大的作用[1-4]。

本文中，提出了一種小型化的微帶寬帶全向天線。該天線結(jié)構(gòu)十分簡(jiǎn)單緊湊，有利于集成加工以及陣列天線的設(shè)計(jì)。該天線在工作頻段內(nèi)表現(xiàn)出良好的水平全向輻射特性，并且具有較高的增益和較寬的帶寬及較小的不圓度。

2 天線結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本文設(shè)計(jì)的微帶寬帶全向天線結(jié)構(gòu)如圖1所示。該陣列天線使用的介質(zhì)板為RO4003C，其尺寸為30mm*20mm*0.813mm。該天線包含一對(duì)偶極子作為輻射單元，將傳統(tǒng)的偶極子天線轉(zhuǎn)換到一個(gè)平面上，大大縮小了天線的體積，結(jié)構(gòu)緊湊并進(jìn)行了雙面設(shè)計(jì)，偶極子的兩臂分別刻蝕在介質(zhì)基板的正面和背面。該天線饋電采用側(cè)面饋電方式，天線偶極子通過(guò)基板中央的微帶線進(jìn)行饋電。為了獲得更好的阻抗匹配，我們?cè)谖Ь€饋電處設(shè)計(jì)了漸變巴倫結(jié)構(gòu)，很好的擴(kuò)展了帶寬。通過(guò)對(duì)天線結(jié)構(gòu)和尺寸的調(diào)整，在滿足要求性能的同時(shí)，進(jìn)一步減小了天線的尺寸。

3 仿真結(jié)果分析

該天線在HFSS軟件中的仿真結(jié)果如下所示。圖2所示為天線的反射系數(shù)的仿真結(jié)果。反射系數(shù)|S11|在4.83GHz到5.76GHz的頻帶范圍內(nèi)小于-10dB，相對(duì)帶寬17.5%。

該天線在5.35GHz時(shí)的輻射增益圖和3D輻射方向圖如圖3和圖4所示。從圖中可以看出，天線的輻射方向圖形狀較為穩(wěn)定。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)了一種小型化微帶寬帶全向天線。該天線結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且緊湊，通過(guò)微帶線饋電的方式實(shí)現(xiàn)全向輻射。通過(guò)調(diào)整微帶巴倫結(jié)構(gòu)尺寸實(shí)現(xiàn)帶寬的增大，相對(duì)帶寬達(dá)到17.5%（4.83～5.76GHz）。該天線在工作頻帶范圍內(nèi)能達(dá)到的最大增益為3.2dB且輻射方向圖較為穩(wěn)定。從整體上看，該天線較好的集成了微帶天線、寬帶天線和圓極化天線的優(yōu)點(diǎn)，其結(jié)構(gòu)和性能在無(wú)線通信領(lǐng)域具有較好的應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

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