一種新型平面印刷倒F天線

袁娜+吳軍軍+李鐵軍+李航

摘 要： 本文設計了一種新型平面印刷倒F天線，對傳統的倒F結構進行改進，設計時利用曲流技術，通過將輻射枝節彎曲設計來達到天線諧振頻率要求，減小了天線寬度和重量，且輻射體結構簡單，不需附加匹配電路。設計出天線的諧振頻率為262MHZ，具有增益高、體積小、便于生產、重量輕等優點。

關鍵詞：倒F天線 曲流技術 枝節彎曲

中圖分類號：TN82 文獻標識碼：A 文章編號：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，相當于給單極子天線增加了一個頂部負載，可以減小單極子天線的縱向尺寸。

鑒于有時對倒L天線有高度限制，導致其輸入阻抗很小，與50歐姆同軸線匹配困難。在倒L天線水平枝節的末端再增加一個倒L線段，就形成了倒F天線。對于倒F天線而言，不需通過另外的電路，只要改變天線一些結構參數就可以實現匹配，從而簡化了天線結構[1]。

一、新型平面印刷倒F 天線設計

倒F天線是單頻點天線常用的結構形式，本文以平面倒F天線為基礎設計了一種工作在262MHz的新型平面印刷倒F天線[2]，該天線的基本結構如圖1所示。天線從接地端到開路端的長度為AB+BC+CD，接地點到饋電點的長度為AB+BC+CE，從饋電點到開路端的長度為EC+CD，通過調節A、B、C、D、E五個點的位置改變上述各長度，從而改變天線的輸入阻抗來實現阻抗匹配。

由于對天線尺寸有限制，如果采用上述傳統的平面印刷倒F天線，輻射桿BD的長度大約在300mm左右，尺寸過大，不能滿足設計要求。利用曲流技術將天線頂部的部分輻射枝節由直線變為曲線，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]。

曲流技術廣泛應用于微帶貼片天線，通過將天線貼片表面激勵電流的路徑彎曲，實現天線小型化[4]。曲流技術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，滿足設計需要。

將平面倒F結構與曲流技術相結合，應用到本天線方案設計中，可以實現天線262MHz的工作頻率，使天線小型化，天線輻射體結構如圖2所示。

二、仿真模型

通過使用電磁場高頻仿真軟件HFSS，仿真了天線各項參數對性能的影響。調整倒F天線各段輻射體的長度和寬度、饋電點和接地點的距離、曲流路徑的長短、寬窄和疏密度，通過優化來實現其阻抗匹配，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，滿足設計要求。

三、實物及測試結果

按照仿真結構制作出天線，實物和仿真結果存在差異，通過調節彎曲枝節末端的長短，使天線諧振頻率在262MHz。實測天線電壓駐波比如圖5所示，天線在其工作頻段內阻抗匹配良好，電壓駐波比均小于1.5。

實測天線方向圖如圖6所示，水平面方向圖為全向，增益最小值為0.9dBi，滿足設計最初增益大于0dBi的要求。

四、結論

本文設計了一種工作在262MHZ的新型平面印刷倒F天線，將天線部分輻射枝節設計為曲線，增加了輻射桿的電長度，將天線寬度減小，最終實現小型化設計。

參考文獻

[1]周江昇、王玉峰、周軍、陳云，一種應用于RFID的印刷倒F天線設計，微博學報，2010.8：185-187

[2]陳曦、李曉波、倪淑燕，無人機機載通信倒F天線的設計與特性分析，裝備指揮技術學院學報，2007.18（4）：84-88

[3]王志遠、倪文俊、蔣凡杰，螺旋加載倒F天線的設計，2009年全國天線年會論文集，1298-1300

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