关键字 |
| 微带天线，单极，槽，全向，角截断 |
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。文献报道了许多关于单极天线设计和开发的研究[4-12]。本文介绍了一种简单的四频段单极天线的构造和增益增强技术。此外，文献中介绍的天线大多采用复杂结构。在本研究中，我们使用了一种简单的技术，通过截断矩形辐射贴片的四个角来实现四频运算和增益增强。 |
天线几何设计 |
| 为了达到更好的精度，采用计算机软件Auto-CAD绘制了该天线的美术作品，制作材料为低成本的fr4 -环氧基板材料，厚度为h = 0.16 cm，介电常数为ï ¥r = 4.4。 |
| 图1为两角截断单极矩形微带天线(TCTURMSA)的俯视图几何图。图1中基底面积为L ï ´W cm。在基片的上表面，在微带线的两侧使用高度等于微带线馈线Lf长度的接地平面，在微带线馈线和顶接地平面之间保持0.1厘米所需的间隙。然而，为了获得更好的耦合效果，间隙保持得尽可能小。小于0.1 cm的值在实际中难以制造，因此选定为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。TCTURMSA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。 In Fig.1 two opposite corners of the radiating patch are truncated symmetrically with vertical and horizontal lengths X and Y. The values of X and Y are taken in terms of λo and these are equal to λo/50 and λo/12.34 respectively. |
| 图2显示了四角截断单极矩形微带天线(FCTURMSA)的几何结构。在该图中，矩形辐射斑的四个角被对称截断，垂直和水平长度分别为X和Y。图2中X、Y和其他几何形状的值与图1相同。拟天线的设计参数如表1所示 |
实验结果 |
| 采用HFSS仿真软件模拟天线带宽超过回波损耗小于-10 dB，然后在矢量网络分析仪(德国罗德与施瓦茨公司ZVK型号1127.8651)上进行实验测试。TCTURMSA的回波损耗随频率的变化如图3所示。从这个图中，实验带宽(BW)是用下面的方程计算的， |
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| 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。TCTURMSA的回波损耗随频率的变化如图3所示。从图中可以看出，天线工作在BW1到BW4四个频率波段。在BW1 ~ BW4测得的工作频带的幅值分别为90 MHz(1.90%)、540 GHz(7.27%)、1.71 GHz(18.65%)和2.74 GHz(41.32%)。 |
| 4.76 GHz的谐振模f1是由于贴片的基频谐振，其他模f2和f3是由于TCTURMSA的新几何结构。得到的多模态响应是由于贴片上不同的表面电流。由于TCTURMSA的微带线馈电和顶地面的耦合作用，基本谐振模态f1从设计频率3 GHz转移到4.76 GHz。TCTURMSA的模拟结果如图3所示。BW2和BW4的实验结果与模拟结果吻合较好。 |
| FCTURMSA的回波损耗随频率的变化如图4所示。从图中可以看出，天线工作在BW5到BW8四个频段。在BW5 ~ BW8测得的这些工作频带的幅值分别为150 MHz(3.12%)、330 GHz(4.51%)、1.66 GHz(18.16%)和2.76 GHz(41.84%)。与TCTURMSA图3中的f1、f2、f3、f4相比，共振模f5、f6、f7、f8保持不变。FCTURMSA在BW8处阻抗带宽最高，为41.86，回波损耗最小，为-32.97 dB。FCTURMSA的模拟结果如图4所示。BW6和BW8的实验结果与模拟结果基本一致。 |
| 采用绝对增益法测量TCTURMSA和FCTURMSA的增益。被测天线(AUT)对“PtâÂ′Â′”发射功率和“PrâÂ′Â′”接收功率进行独立测量。利用这些实验数据，用公式计算AUT的增益(G) dB， |
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| 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。采用式(2)。拟天线在BW1 ~ BW8工作频段实测的最大增益如表2所示。从该表中可以明显看出，与TCTURMSA的增益相比，FCTURMSA能够在所有工作波段中提供更大的增益 |
| 在4.76 GHz下测量了TCTURMSA和FCTURMSA的共极和跨极辐射图。在4.76 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。所设计天线的跨极功率级分别为-4.69和−5.72 dB。与共极功率水平相比，跨极功率水平下降。 |
结论 |
| 通过详细的实验研究，设计了具有微带线馈电的TCTURMSA，可实现四波段工作，峰值增益为9.70 dB。天线在4到16ghz范围内的四个频段工作。如果贴片的四个角对称截断，天线将在四个波段上再次工作，并保持相同的谐振频率。该天线具有全向辐射特性，在所有工作波段均有增益增强。该天线结构简单，采用低成本的FR4衬底材料。有了这些特点，所提出的天线可能会在频率范围为4到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 |
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| 表1 |
表2 |
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数字一览 |
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参考文献 |
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