寬帶印刷偶極子天線設(shè)計(jì)

1、寬帶印刷偶極子天線設(shè)計(jì)何慶強(qiáng)何海丹(中國(guó)西南電子技術(shù)研究所，成都610036)摘要：構(gòu)建了一個(gè)寬帶印刷偶極子天線，基于等效電路模型進(jìn)行分析，給出了一套完整的設(shè)計(jì)計(jì)算公式。采用該方法進(jìn)行設(shè)計(jì)，可一次成功，不必進(jìn)行參數(shù)掃描和優(yōu)化。給出的例子所得天線帶寬達(dá)到54.15%，優(yōu)于最新的國(guó)內(nèi)外報(bào)道。關(guān)鍵詞：偶極子，巴倫，等效電路，寬帶DesignofaBroadbPrintedDipoleAntennaHeQingqiangHeHaidan(Sou

2、thwestChinaInstituteofElectronicTechnologyChengdu610036)Abstract:Abroadbprinteddipoleantennaiscreated.Basedontheanalysisofequivalentcircuitmodelaperfectdesigningcalculatedprocessisgiven.Applyingtheproposedmethodthedipole

3、designcanbesuccessfuloncetimedoesn’tneedparametertuneoptimization.Thedesigneddipoleobtainsa54.15%bwidthhasabetterwidebacteristiccomparedwithrecentrepts.Keywds:DipoleBalunEquivalentcircuitBroadb1引言印刷巴倫偶極子天線最早研究起源于1974年[1]

4、。最近幾年的研究表明：通過(guò)快速的單元模型分析計(jì)算，天線帶寬可以達(dá)到18%[2]；通過(guò)采用V形地平面，天線帶寬可以達(dá)到33%以上[3]；通過(guò)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)優(yōu)化，天線的帶寬可以達(dá)到40%[4]；采用等效電路優(yōu)化結(jié)合周期性加載原理，印刷偶極子天線的帶寬可以達(dá)到47.8%[5]。在這篇文章里，我們基于等效電路模型進(jìn)行分析，計(jì)算出了偶極子天線的物理參數(shù)尺寸。采用該方法進(jìn)行設(shè)計(jì)，可一次成功，無(wú)須參數(shù)優(yōu)化，所得天線的帶寬可達(dá)54.15%，優(yōu)于文獻(xiàn)[15

5、]給出的設(shè)計(jì)結(jié)果。2等效電路模型分析與設(shè)計(jì)圖1給出了偶極子天線的幾何結(jié)構(gòu)及其參數(shù)。圖中實(shí)線部分為天線結(jié)構(gòu)示意圖，該天線印刷在厚度為h，介電常數(shù)為的介質(zhì)板上。印刷振子輻射r?臂長(zhǎng)為L(zhǎng)t，寬為L(zhǎng)w；振子的下底長(zhǎng)為L(zhǎng)H，寬為L(zhǎng)d。在振子的中間，刻有一縱向長(zhǎng)槽，長(zhǎng)為L(zhǎng)ab，寬為Sw。該天線采用標(biāo)準(zhǔn)的50歐SMA饋電。DD?wLdLHL??ffwl??aawl??bbwlwStLabL圖1印刷偶極子天線幾何結(jié)構(gòu)及其參數(shù)在圖1中，所示虛線結(jié)構(gòu)是印刷

6、巴倫匹配電路結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)可視為由兩段傳輸線組成。它們的寬分別為wa和wb，長(zhǎng)分別為la和lb，并在長(zhǎng)槽DD’3（130003773771ln2122213770.61ln210.39223.8mmrrfrrrrzzwz??????????????????????????????????????????????????????????????）為了保證傳輸線a和b橫向部分在輻射臂的中心線位置，取主饋線長(zhǎng)度為（14）42.2mmfl?對(duì)于開(kāi)

7、路傳輸線b，寬度取為，長(zhǎng)度baww?。傳輸線a和傳輸線b離縱向槽中心距離均ball?為12mm。對(duì)于縱向槽，當(dāng)時(shí)，取槽寬2ab???，由共面帶線公式可以計(jì)算出3.5mmwS?????????10.520.522tan0.775ln1.750.040.70.01210.10.25111120ln2211128dffabdfdfrdfdrfdhLwwZkLwLwhLwLwL??????????????????????????????????

8、??????????????????????????????????????????????????????????????.4?（15）此時(shí)槽長(zhǎng)（16）55.3mmabL?表1給出了所有的理論計(jì)算尺寸。根據(jù)表1給出的理論計(jì)算尺寸，采用軟件CST和HFSS分別進(jìn)行建模，計(jì)算得到的電壓駐波比如圖3所示。從圖3可以看出，采用上述理論公式計(jì)算得到的幾何結(jié)構(gòu)具有很好的帶寬特性。在駐波比小于2的條件下，用CST計(jì)算出來(lái)的帶寬是0.99～1.78G

9、Hz，用HFSS計(jì)算出來(lái)的帶寬是1.01～1.76GHz，兩者結(jié)果非常一致，其百分比帶寬可達(dá)54.15%。同時(shí)，我們也可以看出，采用該設(shè)計(jì)方法進(jìn)行設(shè)計(jì)，可一次成功，不必進(jìn)行參數(shù)掃描和優(yōu)化計(jì)算，具有速度快、效率高、電特性好的優(yōu)點(diǎn)。表1應(yīng)用公式計(jì)算的天線幾何尺寸（單位：mm）參數(shù)計(jì)算值參數(shù)計(jì)算值Lt106.5lf42.2Lw30wf3.8LH43la39.8Ld37wa1.14Sw3.5lb39.8Lab55.3wb1.1411.11.21

10、.31.41.51.61.71.811.21.41.61.822.22.42.62.83VSWRFrequency(GHz)建CST建建建HFSS建建圖3偶極子天線的駐波帶寬表2給出了采用我們的方法計(jì)算的結(jié)果與文獻(xiàn)設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比的情況，從該表可以看出，應(yīng)用我們的設(shè)計(jì)方法，可以設(shè)計(jì)出更好的寬帶印刷偶極子天線。表2采用本文方法設(shè)計(jì)的結(jié)果與文獻(xiàn)結(jié)果對(duì)比設(shè)計(jì)結(jié)果文獻(xiàn)序號(hào)VSWR≤1.3VSWR≤2文獻(xiàn)[1]5.4%文獻(xiàn)[2]18%文獻(xiàn)[3]3