X波段寬帶微帶偶極子天線

官 偉 孫紹國

(華東電子工程研究所 合肥 230088)

1 引言

微帶天線以其重量輕、體積小、低剖面、易于加工、便于集成等特點得到廣泛應用［1］。如何實現微帶天線的寬頻帶和小型化是研究的重點［2～5］。本文提出一種X波段寬帶微帶偶極子天線。天線通過對饋電分布電容的補償，增加寄生貼片，有效的展寬了帶寬，獲得不錯的輻射特性。下文分析討論了天線的具體設計細節以及仿真結果。

2 天線設計

天線的結構如圖1所示，輻射單元的尺寸16mm×24mm。天線印刷在介電常數為3.82，厚度為0.508mm的介質板上，輻射單元在偶極子單元的基礎上［6，7］，采用了一個短路探針補償饋電分布電容，增加了一個加載寄生貼片。

圖1 寬帶偶極子微帶天線示意圖

在設計了天線的各項基本參數后，借助高頻仿真軟件Ansoft Hfss 13.0對天線進行了仿真分析，圖2為天線的三維仿真模型。

圖2 寬帶微帶偶極子天線三維仿真模型

通過對寬帶饋電巴倫及偶極子電路尺寸進行微調修正，以確保得到良好的駐波和方向圖性能，最終定型微帶天線單元尺寸，天線的基本參數見表1。

表1 天線的基本參數

3 仿真分析與討論

通過對天線結構的優化仿真，在X波段得到較好的結果。圖3為駐波仿真曲線，由圖形可以看出在X波段駐波在1.4以下，駐波小于2的帶寬可達50%。如圖4和圖5所示，對H1和H2參數的研究可以看出H1、H2長度的變化對天線性能的影響。圖4給出了在保持H2=3.9mm不變的情況下，H1不同取值時的回波損耗曲線。圖5給出了保持H1=1.5mm不變，H2取不同值時的回波損耗曲線。通過優化，合理選擇天線的尺寸，能夠使得天線在工作頻段內取得較好的阻抗特性。圖6為天線在頻率分別為8GHz、10GHz、12GHz的遠場輻射方向圖。圖7為寬帶偶極子天線和偶極子天線性能比較，從圖中可以看出寬帶微帶偶極子天線帶寬和水平面方向圖均得到了展寬，可以用于寬帶寬角掃描天線陣列。

4 結論

本文設計出了一種X波段寬帶微帶偶極子天線，體積小、重量輕。在X波段駐波在1.4以下，駐波小于2的帶寬可達50%。該寬帶微帶偶極子天線在偶極子單元的基礎上，采用了一個短路探針補償饋電分布電容，增加了一個加載寄生貼片，有效的展寬了帶寬。天線尺寸為16mm×24mm，結構緊湊，便于集成，易于加工，適用于寬帶寬角掃描陣列天線。

圖7 寬帶微帶偶極子天線和偶極子天線性能比較

［1］鐘順時.微帶天線理論與應用［M］.西安:西安電子科技大學出版社，1991.

［2］曹衛平，王秉中.寬帶小型化偶極子天線及其陣列技術研究進展［J］.電信科學，2008(12):35-38.

［3］Tefiku F.A broad-band antenna of double-sided printed strip dipoles.Int.Symp.Antennas［C］.Propagation(ISA P’96)，Tokyo，Japan，Sept 1996:361-364.

［4］Edward B，Rees D.A broadband printed dipole with integrated balun.Microwave［J］.1987，30(5):339-344.

［5］Z.Zhou，S.Yang，and Z.Nie.A novel broadband printed dipole antenna with low cross-polarization［J］.IEEE Trans.Antennas Propagation，2007，55:3091-3093.

［6］林昌祿.天線工程手冊［M］.北京:電子工業出版社.2002.

［7］Pozar D.Microstrip antenna［J］.Proceedings of the IEEE，1992，80(1):79-91.