雙頻微帶縫隙天線的設計

【摘 要】近年來，我國雙頻天線設計技術發展迅速，這是逐漸滿足我國快速社會化、城鎮化的必然需要。隨著我國雙頻標準的提出，無限局域網的通訊技術得到了快速發展的基于和空間，同時無限局域網天線的需求也逐步增多。目前手機、衛星計算機、個人電腦終端的無線網卡、各種遠程設備等，都需要雙頻微帶縫隙天線來適應各種復雜的換進和要求。在天線設計中，必須要保證天線能夠具有良好的全性能。雙頻微帶縫隙天線由于本身結構的簡單因此在競爭中具有絕對的優勢，與其他普通微帶縫隙天線相比，雙頻微帶縫隙天線具有更寬的寬帶、低能號、低成本、體積小等優點，功能也在日益多樣化，因此雙頻微帶縫隙天線已經成為母線研究的重點。本文提出一種新型的應用于無線局域網的雙頻微帶縫隙天線的設計方法，利用其結構緊湊、饋電方式簡單以及滿足無線局域網的技術要求，來滿足實際對技術的各種需要。

【關鍵詞】微帶縫隙天線；無線局域網；天線后輻射

1.微帶縫隙天線概述

微帶縫隙天線是上世紀七十年代研究成功的一種新型的天線。這種天線具有結構簡單、重量輕、抑郁飛行器表面共型安裝、并可與微帶電路集成的技術有點，已經廣泛的應用于通信、雷達等領域。目前，隨著我國軍事、電子通信、移動通信中調頻、擴頻通信技術的發展和改進，對于天線在瞬時頻率上提供更大寬帶的要求顯得更為迫切。同時，我國正處于2G與3G的過渡時期，電子移動通信用戶的急劇增長，因此就使得通信系統不斷更新和擴容。在為減小無線通信中的干擾并降低成本的要求下，天線就必須要保證能夠在寬頻帶內工作。此外，為了滿足多個系統的通信要求，實現多系統共用和收發共用，這又要求天線在不同頻段下工作，移動通信的發展給微帶縫隙天線提出了各種全新的挑戰，但是微帶縫隙天線的實際研究發展是否能夠適應顧客需求發展的要求已經成為通信領域未來發展的關鍵問題。因此，微帶縫隙天線的多頻段和寬頻帶技術的研究已經成為一個迫切的研究課題。

目前，微帶縫隙天線的雙頻化技術主要有：采用多層貼片；在矩形片的輻射邊附近刻蝕縫隙 ；帶有短路針和縫隙的矩形貼片；inclined縫隙耦合的矩形貼片 ；還有采用單一饋電、單層結構的雙頻技術 的等。我國學者葛琳等人目前已經設計了一種新型的“田”字形單層雙頻微帶縫隙天線，實現了s波段和x波段天線的孔徑復用，x波段的中心頻率為10．57GHz，帶寬約為1GHz。我國學者陳斌等人設計了一種單層探針饋電的雙層微帶縫隙天線，這種天線的兩個工作頻差較大，其中心工作頻率分別為2．91GHz和9．70GHz，且該天線的方向圖一致性較好。

此外，在研究過程中我們發現，通過對天線開槽和加多個短路針處理，可以獲得1．3-3的雙頻比，雙頻比的大小取決于短路針的數量。F．S．Chang等人設計了用探針共面饋電且只用一個平板的用于GSM／DCS／PCS的寬頻帶雙頻天線 J。但上面的方法也存在不足，有時會影響天線的其他性能指標，且增加了工藝制作的復雜性，降低了天線帶寬、效率等。

2.雙頻微帶縫隙天線的研究方法

2.1理論的分析方法簡單描述求解過程

（1）從麥克斯韋方程組出發，引入洛侖茲條件，得出矢量波動方程。

（2）選擇一個最適合于天線幾何形狀的正交坐標系統，并將天線放置于此坐標系統中，求出電流分布。

（3）求矢量位函數，根據電流分布求矢量波動方程的解(這是最難的一步，即計算幅射積分)。

（4）求電場強度及磁場強度。

2.2計算電磁學的方法

因為實際上研究的天線幾乎是任意結構的，因此采用上述理論的分析方法在很多情況下十分困難。對于結構任意的天線的分析計算，常采用計算電磁學的方法。計算電磁學被廣泛地定義為一門內在和常規’的應用數字計算機來獲得電磁問題的數值結果的學科。它是電磁工程師可使用的第三種工具，其他2種是數學分析(即理論分析)和實驗觀察。用實驗結果來檢驗分析結果和計算電磁學結果并不是不常見，同樣用分析或計算電磁學來理解實驗結果也是相當普遍的。

計算電磁學的方法可以采用數值方法，有低頻方法與高頻方法。低頻方法有基于積分方程的矩量法(MoM)和基于微分方程的時域有限差分法(FDTD)。處理波長小于散射體或天線幾何尺寸的射頻范圍內的電磁問題，需要使用高頻方法。高頻方法有基于場的幾何光學法(GO)及將其擴展為稱為劈繞射(幾何繞射)理論(GTD)的方法，有基于流的物理光學法(PO)及將擴展為稱為物理繞射理論(PTD)的方法。計算電磁學的方法可以使用高級語言編程的方程來實現，也可利用一些仿真軟件來完成。

3.天線設計

3.1理論分析

實現微帶縫隙天線的雙頻工作設計可以有多種方法，目前較為普遍的方法就是采用在單層介質基片上開非對稱平行雙縫的方法，設計了一種雙頻微帶縫隙天線結構在輻射板上開平行雙縫，該平行雙縫分割了矩形貼片上的電流，從而改變了其電流分布，使貼片表現出雙頻效應。由于采用對角線同軸結構饋電，饋電點到四個輻射邊的電流路徑因縫隙的存在而被延長，降低了天線貼片的諧振頻率。從同軸線饋送到輻射片的電流由于受到雙縫的阻擋，則由這個平行雙縫所圍區域產生了一個假想的輻射貼片，所以可以通過改變輻射片的尺寸大小來改變其雙頻特性。

3.2天線改進

由于平行雙縫的延伸方向和電流的方向是平行的，所以對該結構的調整對天線的頻率影響不是很顯著。而這樣的結構可以通過對雙縫位置的調整來獲得較好的極化特性及輻射性能。同時，通過對饋電點的合理調整可以得到良好的阻抗匹配性能。

當天線的對稱雙非縫位置結構改變為非對稱的位置結構時，天線低頻段的工作寬帶基本上沒有改變，而高頻段的工作帶寬將會有所增加，因此這是天線的后巷輻射也將會有所減小。在這種情況下，1.75GHz和2.43GHz時的天線前后比分別為15.713dB和13.815dB，這與對稱位置結構的雙縫天線相比，先后、比明顯分別改善了0.04dB，天線的增益情況沒有明顯的增加，但是天線的高頻段的輻射特性去得到了較好的改善。

通過改變天線雙縫的寬度，放分析的尺寸分別為1～4mm的情況下，天線的輻射防線圖及波比圖形基本上不會發生變化，因此這也就在一定程度上降低了天線在制造過程中對天線開縫公差的具體要求，能夠促使天線的制作變得更為便捷。

通過以上的分析我們可以發現，通過改變天線的雙縫的位置可以有效的對天線在高頻段的主瓣分離現象進行改善，同時也能增加愛天線的增益和貸款，也就能在一定程度上對天線的后向輻射有所抑制，雖然效果不是明顯，但是也是一大技術提高的關鍵。

4.結論

本文主要對雙頻微帶縫隙天線的設計進行了簡單研究，并采用了集中方式來是吸納了微帶縫隙天線的結構性雙頻工作特性，對狀態下雙頻微帶縫隙天線的整體性能的影響進行了簡單的分析。通過對雙頻微帶縫隙天線的簡單分析可以看出，在天線保持在雙頻工作的情況下，天線的相對帶寬如果能夠達到寬帶天線的指標要求，則天線雙縫寬度對天線的性能基本上不會產生影響，因此在這種情況下，采用雙頻微帶縫隙天線的機構設計方法，在經過實地情況要求的簡單改進下，可以有效的抑制天線的后向輻射會改變天線在高頻段的主辦分離的現象，同時也增加愛了天線的增益及帶寬，因此也就很好的滿足了天線的設計指標的要求。雙頻微帶縫隙天線在設計過程中的優勢十分明顯，其結構簡單、性能良好的技術特性使得其在我國未來的天線工程中具有良好的應用發展前景，是我國應重點發展的天線工程。 [科]

【參考文獻】

［１］劉學觀，郭輝萍．微波技術與天線．西安電子科技大學出版社，2006．7．

［２］高向軍，王光明，張晨新．一種寬帶圓形縫隙天線的設計[J]．空軍工程大學學報：自然科學版，2005，6(6)．

［３］張俊文，鐘順時．V形微帶縫隙天線[J]．微波學報，2007，23(2)．