带寄生元件的宽带微带贴片天线设计

巴拉特Rochani¹拉杰什·库马尔·拉杰²

PG Student [d]。，印度拉贾斯坦邦Ajmer政府工程学院ECE系
印度拉贾斯坦邦Ajmer政府工程学院ECE系助理教授

摘要

提出了一种带寄生元件的同轴馈电微带贴片天线。由于天线在5.22-6.27 GHz频段内谐振，因此该天线也适用于WLAN和WiMAX应用。采用介电常数为2.2、厚度为1.6 mm的Rogers RT/duroid 5880材料作为天线的衬底。基材和地面尺寸被认为是70毫米× 70毫米。

关键字

微带贴片天线，寄生元件，HFSS，同轴探头

I.INTRODUCTION

选择这种方法是为了研究寄生贴片配置[1-4]如何提高典型微带天线的带宽。在这种类型的天线设计中，贴片被放置在原始贴片的边缘附近。这些新的贴片可以通过电磁或直接耦合技术与主贴片耦合。每个贴片都可以以与原始贴片相似的方式设计。寄生贴片的长度将决定它们的共振频率，它们的宽度将决定它们在共振时显示的带宽。在这个项目中，我们还使用了四个寄生贴片来增强天线的带宽。两个贴片沿辐射面，另外两个贴片沿非辐射面。寄生斑两侧尺寸相同。激活补丁的长度和宽度大于其他四个补丁。非辐射侧的贴片尺寸较小。 Basic design of antenna with parasitic elements is shown in Fig. 1.

宽带间隙耦合槽切矩形微带天线研究进展

宽带微带天线是在较厚的低介电常数衬底上制作贴片实现的。然而，当衬底厚度(h)大于0.04λ0时，带宽(BW)受到馈电探头电感的限制。在h > 0.06λ0时，采用接近进料技术提高了料重。采用多腔隙耦合结构也增加了BW。然而，这种方法增加了天线的尺寸。更常见的是通过在贴片内的适当位置切割u型槽、v型槽和矩形槽等形状的槽来增加天线的BW。据说该槽引入了一个接近贴片基模的模式，并产生了更大的BW。在大多数报道的设计中，在所需的槽频率下，槽长度要么等于半波长度，要么等于四分之一波长度。通过使用间隙耦合配置或使用单个贴片元件的阵列，可以增加天线的增益。宽带e型MSA是通过在贴片的一个辐射边缘切割一对矩形槽来实现的。

在所报道的设计中，假设槽的长度接近四分之一波的长度。本文讨论了宽带近距离馈电e型MSA。e形MSA提供近350 MHz的带宽，宽侧辐射方向图，在VSWR BW上的增益超过7 dBi。在此基础上，提出了一种具有e形MSA的寄生矩形MSA (RMSA)的间隙耦合结构。这种配置在中心频率约为1000 MHz时提供了超过450MHz的BW。该天线的宽侧辐射方向图峰值增益接近9 dBi。通过沿间隙耦合rmsa的非辐射边缘切割一对矩形槽，进一步提高了上述间隙耦合结构的BW。这种配置在1000 MHz的中心频率下提供了550 MHz以上的BW。辐射方向为宽方向，峰值增益大于9dbi。所有这些配置首先使用IE3D软件进行分析，然后进行实验验证。 The dimensions of the individual patches were optimized such that they cover 800 – 1200 MHz frequency band. The air substrate is used to maximize the radiation efficiency and gain. In the measurements the antennas were fabricated using copper plate and were suspended in air using the foam spacer support placed towards the antenna corners. The antenna is fed using Ntype connector of 0.32 cm inner wire diameter. The measurement was carried out using R & S vector network analyzer. Since an infinite ground plane is used in the measurements, a larger square ground plane of side length 80 cm (2.67λ0) is used in the measurements. The radiation pattern was measured in minimum reflection surrounding with the required minimum far field distance between the reference antenna and the antenna under test. The antenna gain was measured using three antenna method.

2天线设计

在步骤1中，设计了一个简单的矩形贴片天线，使用标准方程[5]在5.43 GHz谐振。在步骤2中，沿着贴片的辐射侧设计两个矩形贴片，从而增加带宽。在步骤3中，沿着所述贴片的非辐射边设计另外两个矩形贴片。阻抗带宽增加到1.04 GHz。采用同轴探头馈电技术。天线俯视图如图2所示。

优化后的贴片和天线参数如表1所示。

3优化后天线的仿真结果

在本节中，给出了优化后天线的仿真结果

收益损失图

图3为优化后的e型贴片天线的S11参数(回波损耗)。回波损耗被认为低于- 10db。如图3所示，该天线在5.43 GHz谐振，回波损耗为-39.7 dB。天线的带宽是指回波损耗大于- 10db的频率范围。因此，从图5.7中-10 dB以下的回波损耗从5.22 GHz开始到6.27 GHz，优化后的天线带宽在1.0437 GHz左右。

辐射模式

辐射方向图表示天线辐射的功率分布。它可以是全方位的，这意味着它向各个方向传播能量。5.80 GHz频率下的辐射方向图如图4所示。它的形状是全方位的。最大增益为8.22 dB。

IV.CONCLUSION

提出了一种简单的同轴探针馈电寄生元件贴片天线。RT/duroid 5880材料被用作天线的衬底。采用4个寄生元件增强带宽。该天线谐振范围为5.22 GHz至6.27 GHz，带宽接近1.04 GHz。该天线的最大增益约为9.31 dB。该天线适用于高速无线设备。采用HFSS软件[6]对天线进行仿真。

参考文献

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