一种带有两个带槽的新型超宽带天线

m . Veereshappa¹还有s.n Mulgi博士²

印度卡纳塔克邦莱丘尔584 101,l.v.d.学院电子系
印度卡纳塔克邦古尔巴加585106古尔巴加大学应用电子学PG研究与研究部

摘要

提出了一种具有双带缺口操作的微带线馈电矩形单极微带天线的新设计。在矩形辐射贴片上蚀刻带有圆形寄生条的六角形槽，获得7.51 ~ 8.41 GHz和10.08 ~ 10.62 GHz频率范围内的双带缺口函数。通过改变环形寄生带的半径，可以控制缺口带的频率范围。该天线结构简单，采用低成本的基板材料。天线工作在7到16 GHz之间，并提供全向辐射特性和11.86 dB的峰值增益。所提出的天线可应用于微波通信系统。

关键字

微带天线，单极子，槽，全向，寄生带

介绍

微带天线因其体积小、设计简单、成本低以及能够工作在多个频段而广受欢迎。微带天线具有外形薄、重量轻、成本低、平面结构、易于制造等优点，是满足这些要求的较好选择。在微波通信中，设计和开发工作在所需频段、排除未使用频段的微带天线是特定应用的更好选择。文献报道了大量关于缺口带操作设计和开发的研究[3-9]。此外，文献中介绍的大多数天线要么结构复杂，要么体积较大，因此在实际应用中需要比常规微带天线更仔细的制造过程。本文通过改变矩形单极微带天线的圆形寄生带半径，实现了双缺口带操作及其控制。

天线几何设计

为达到较高的精度，采用计算机软件Auto-CAD绘制了天线的工艺图，并采用低成本的fr4 -环氧基板材料制作，其厚度h = 0.16 cm，介电常数r = 4.4。

图1为六角形槽与环形寄生带矩形单极微带天线(HCRMA)的俯视图几何结构。在图1中，基底的面积为L ?W厘米。在基片的上表面，在微带线的两侧用高度等于馈线Lf长度的接地面，间距为0.1 cm。在基片底部的微带线以下使用高度为Lf的连续接地铜层。HCRMA采用文献[2]中传统矩形微带天线的设计公式，设计频率为3ghz。矩形斑块的长度为Lp，宽度为Wp。馈电装置由长Lt、宽Wt的四分之一波变压器组成，在贴片馈电和长Lf、宽Wf的微带线馈电之间形成匹配网络。在微带线馈电的尖端使用半微型A (SMA)连接器，用于馈电微波功率。在图1中，在顶点X和半径R的辐射斑上分别加载一个带圆形寄生条带的六角形槽。

图2显示了环形寄生带矩形单极微带天线(MHCRMA)的改进六角形槽的几何结构。图中圆形寄生条半径改为0.4 cm。图2的其他几何形状与图1相同。拟天线的设计参数如表1所示

实验结果

(1）

式中，f1和f2分别为回波损耗达到- 10 dB时频带频率的下切和上切，fc为工作频带的中心频率。从图中可以看出，天线工作在7 ~ 16 GHz之间，在f1 ~ f3有3个谐振模式，分别为7.37、8.71和15.51 GHz, 7.51 ~ 8.41和10.08 ~ 10.62 GHz有2个notch波段。由式(1)测得BW1 ~ BW3实验-10 dB带宽的幅度分别为330 MHz(4.49%)、1.67 GHz(18.06%)和5.38 GHz(40.42%)。

的多模态响应是由贴片上不同的表面电流引起的。由于微带线馈电和顶地平面的耦合作用，HCRMA的基频模从设计频率3 GHz漂移到7.37 GHz。

图4显示了MHCRMA的返回损失随频率的变化。从图中可以看出，天线工作在BW4到BW6三个频段。在BW4 ~ BW6测得的工作频带的幅值分别为640 MHz(8.59%)、1.80 GHz(19.56%)和5.51 GHz(41.60%)。进一步从图4可以清楚地看出，与HCRMA的BW1 ~ BW2工作带相比，MHCRMA能够拓宽每个工作带。天线也保留了两个缺口波段，但与BW1 - BW2和BW2 - BW3之间的缺口波段相比，BW4 - BW5和BW5 - BW6之间的缺口波段分别减少了6.59%和3.78%。因此，通过改变贴片上圆形寄生条的半径可以有效地控制天线的缺口带工作。

采用绝对增益法测量天线的增益。电力传送“Pt?”由锥形喇叭天线和功率接收“Pr?通过被测天线(AUT)进行独立测量。利用这些实验数据，用公式计算AUT的增益(G) dB，

（2）

式中Gt为锥形喇叭天线的增益，R为发射天线与AUT之间的距离。由式(2)可得HCRMA和MHCRMA在各自工作波段的最大增益分别为9.70 dB和11.86 dB。因此，减小寄生带半径也提高了天线的增益。

在8.45 GHz和7.41 GHz测得HCRMA和MHCRMA的共极和跨极辐射谱。在8.45 GHz和7.41 GHz测得的典型辐射图分别如图5至图6所示。得到的图案本质上是全向的。

结论

通过详细的实验研究，得出了具有微带线馈电的HCRMA可用于双缺口带操作的结论。天线在7到16 GHz范围内的两个频段工作。如果将圆形寄生带半径改为0.4 cm，天线将在三个波段内重新工作，但会减小每个缺口波段的频率范围，从而导致工作波段的增强。该天线结构简单，采用低成本的FR4衬底材料。这两种天线都具有全向辐射特性，尽管缺口带减小，增益增强。有了这些特点，所提出的天线可能会在频率范围为7至16 GHz的微波通信系统中找到应用。

ACKNOWLEDGEMENTZ

作者要感谢科学技术部(DST)，印度政府。新德里，在拳头项目下批准该部门的矢量网络分析仪。作者也要感谢航空发展机构(ADE)， DRDO班加罗尔提供他们的实验室设施，在矢量网络分析仪上进行天线测量。

表格一览

表1

数字一览


图1	图2	图3

图4	图5	图6

参考文献

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