一種小型微帶寬帶全向天線的設計

孫魯兵

摘 要：隨著無線通信技術的高速發展，在通信基站等多類系統中，全向天線得到了越來越廣泛的應用，對全向天線的性能要求也越來越高，微帶全向天線具有工藝簡單和成本低廉等優勢，成為全向天線設計的新潮流。寬帶天線在天線應用中具有較高的適應性。基于這幾類天線的優點，本文設計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，它由印刷在介質板上的偶極子組成，以此來實現全向輻射。該天線通過微帶線側饋的方式進行饋電。仿真結果表明，該天線的相對帶寬較寬，約為17.5%（4.83～5.76GHz）;在該頻帶內，天線具有較好的水平全向特性，且天線的最高增益達到了3.2dB。主瓣方向在整個工作頻段內保持相對穩定。

關鍵詞：小型化;微帶天線;全向天線

DOI：10.12249/j.issn.1005-4669.2020.27.328

1 引言

隨著無線通信的飛速發展，對通信系統所需天線性能指標的要求也越來越高。全向天線可以與水平面360度范圍內的目標進行通信，因此被廣泛用于移動通信、衛星通信、無線傳感器以及空間飛行器等通信設備中。寬帶天線能夠最大程度上滿足大容量、高速度、高適應性等信息傳輸的要求，并且一副寬帶天線有可能應用于多種不同的通信系統。進而減少體統中天線的數量，實現通信系統的小型化。微帶天線因其加工工藝簡單，成本低，剖面低，可集成化度高等優點有其得天獨厚的優勢，在當今超薄化、小型化的天線要求下發揮了巨大的作用[1-4]。

本文中，提出了一種小型化的微帶寬帶全向天線。該天線結構十分簡單緊湊，有利于集成加工以及陣列天線的設計。該天線在工作頻段內表現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 天線結構設計

本文設計的微帶寬帶全向天線結構如圖1所示。該陣列天線使用的介質板為RO4003C，其尺寸為30mm*20mm*0.813mm。該天線包含一對偶極子作為輻射單元，將傳統的偶極子天線轉換到一個平面上，大大縮小了天線的體積，結構緊湊并進行了雙面設計，偶極子的兩臂分別刻蝕在介質基板的正面和背面。該天線饋電采用側面饋電方式，天線偶極子通過基板中央的微帶線進行饋電。為了獲得更好的阻抗匹配，我們在微帶線饋電處設計了漸變巴倫結構，很好的擴展了帶寬。通過對天線結構和尺寸的調整，在滿足要求性能的同時，進一步減小了天線的尺寸。

3 仿真結果分析

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

該天線在5.35GHz時的輻射增益圖和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定。

4 結束語

本文設計了一種小型化微帶寬帶全向天線。該天線結構簡單且緊湊，通過微帶線饋電的方式實現全向輻射。通過調整微帶巴倫結構尺寸實現帶寬的增大，相對帶寬達到17.5%（4.83～5.76GHz）。該天線在工作頻帶范圍內能達到的最大增益為3.2dB且輻射方向圖較為穩定。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點，其結構和性能在無線通信領域具有較好的應用。

參考文獻

[1]Thiery.J. Judasz， and Ben.B. Balsley. Improved Theoretical and Experimental Models for the Coaxial Collinear Antenna[J]. IEEE Transaction on Antennas and Propagation， Vol.37. No.3， Mar.1989， pp.289-296（1989）.

[2]Naftali Herscovici， Zvonimir Sipus and Per-Simon Kildal， The Cylindrical Omnidirectional Patch Antenna[J]， IEEE Antennas and Propagation Society International Symposium，1997.

[3]Antonis Kalis， Theodore Antonakopoulos， Vassilios Makios，A Printed Circuit Switched Array Antenna for Indoor Communications， IEEE Transactions on Consumer Electronics， Vol.46， No，3， Aug.2000.

[4]Qiu Jinghui， Zhong Lingling， Du Hailong， Li Wei， Analysis and Simulation of Cylindrical Conformal Omnidirectional Antenna， Microwave Conference Proceedings，2005. APMC 2005. Asia-Pacific Conference Proceedings， Vol.4， Dec.2005.