用于双频应用的半环形狭缝矩形微带贴片天线的设计与开发

R.K.Prasad¹， D.K.斯里瓦斯塔瓦²——j·p·塞尼^3.

印度北方邦戈拉克布尔m.m.工程学院欧洲经委会系副教授
印度北方邦贾汉西欧洲经济与工程学院副教授
印度北方邦戈拉克布尔m.m.工程学院校长

摘要

许多研究人员提出并分析了几种常规的微带天线形状，使我们对微带天线的基本特性有了一个清晰的认识，并指导我们设计不同的贴片形状以提高微带天线在不同应用场合的性能。本文利用IE3D仿真软件，考虑一种矩形微带贴片天线在贴片上具有半环形槽，通过仿真得到了天线性能的结果。对所设计的天线结构进行了仿真，结果表明该天线在带宽、增益、方向性等方面都是有效的。结果分析表明，所设计的天线结构适用于1.9 GHz和2.7 GHz两个不同频段，带宽分别为09.43%和13.68%，适用于两种不同类型的应用。设计的天线的定向能力，即增益和方向性也很好，在2.87GHz时提供了4.67dBi的最大增益和5.39 dBi的最大方向性。

关键字

同轴馈电技术，IE3D, MSA，矩形微带贴片天线，半环形槽

介绍

无线通信是这个时代的基本需求之一。对于任何无线通信来说，天线都是基本和必不可少的要求。随着通信技术的发展，通信设备的尺寸越来越小，天线尺寸也越来越小。各种天线结构，如抛物面反射面、喇叭天线等提供了良好的性能，但当需要任何刨面天线结构时，微带天线因其形状、尺寸和性能优于任何其他天线结构。

微带天线结构包括一面有接地平面，另一面有贴片几何形状的介电基板。它具有低重量、低外形、刨床配置、低制造成本和集成MMIC的能力等优点。这种天线在具有这些优点的同时也存在一定的缺点，如带宽低、增益小、效率低，这影响了该天线[1]的性能。研究人员正在进行各种研究，通过使用不同的补丁几何形状，如使用E形补丁[4]，U形补丁[7]，L形补丁[3]等，来克服这些缺点。其他克服这些缺点的方法包括使用不同的介电材料[9]，使用不同厚度的衬底，在贴片几何形状中切割各种缺口和插槽，天线阵列[10]等，以提高性能，使该天线适用于不同的应用，如手机，寻呼机，雷达系统和卫星通信系统。

本文主要研究了利用传统的矩形微带天线，在其上切割半环形槽，以提高天线的带宽。在IE3D仿真软件上进行了设计和仿真工作。

研究MEATHODOLOGY

研究方法包括设计常规的矩形微带天线，并在贴片几何结构中进一步切割半环形槽。进一步采用同轴探头馈电方式对天线进行馈电。为了获得带宽、增益、方向性等方面的优化结果，我们改变了馈电位置，改变了矩形贴片的大小以及半环槽的大小。对这些形状和尺寸的天线进行了模拟和比较，以得到最佳的结果。利用IE3D软件对天线结构进行了设计和仿真。

天线设计

天线采用介电常数为4.2、损耗正切为0.0013、衬底厚度为1.6mm的衬底设计。天线几何结构如图1所示，设计天线尺寸如表1所示。

结果与讨论

利用IE3D仿真软件对所设计的半环形狭缝矩形微带贴片天线进行了仿真。15.2.天线带宽是描述天线性能的重要参数之一。利用s参数计算了天线的带宽。

对于所定义的波段，驻波比必须小于2，从图3可以观察到驻波比小于2。VSWR图如下所示。

分析图4所示的总场增益与频率曲线，我们可以清楚地说，天线增益接近4.67 dBi，这对于包括无线应用在内的各种应用非常有用。

分析图5所示的方向性曲线，可以观察到设计的天线结构提供了5.39 dBi的良好方向性。

效率一般由天线效率和辐射效率两方面来计算。分析图6所示的效率曲线可以清楚地观察到，所设计的天线结构提供了86.21%的天线效率和87.24%的辐射效率

结论

在IE3D仿真软件Ver. 15.2上设计并仿真了一种半环形槽矩形微带贴片天线。设计所用衬底的介电常数为4.2，损耗正切0.0013，衬底厚度为1.6mm。仿真结果表明，所设计的天线结构可以在2.87 GHz频段工作，带宽分别为9.43%和13.68%，增益为4.67 dBi，方向性为5.39dBi。

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