宽带微带贴片天线的几何优化

Lalitha Koyya¹， rajya Lakshmi Valluri博士²， gsn Raju博士^3.

印度维萨卡帕特南l.b.工程学院欧洲经委会系助理教授
印度维萨卡帕特南，印度理工学院欧洲经委会系副教授
印度维萨卡帕特南安得拉邦大学欧洲经委会系教授

有关文章载于Pubmed，谷歌学者

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摘要

本文的目的是设计一种印在FR-4基板上的宽带矩形贴片天线。通过不对称馈电和适当减小接地平面的间隙距离，可以获得更高的带宽。矩形贴片天线的工作频率为1.4-4GHz，带宽为95%，采用2.1 mm宽微带馈线。

关键字

微带贴片天线，带宽，回波损耗，优化。

我的介绍。

微带天线以其重量轻、制造成本低、机械坚固、能在双、三频段工作等优点而闻名。这些天线用于许多现代通信系统，如个人通信系统，卫星和其他无线应用。然而，窄窄的带宽是该天线[1]的主要缺点。在各种应用中需要更高的带宽，如遥感、生物医学、移动无线电、卫星通信等。为了提高带宽，人们进行了深入的研究，并提出了几种技术。这些技术包括低介电常数的厚衬底[2]和采用堆叠或寄生贴片[3]。叠片可提高10% - 20%的性能，但这种设计有增加制造复杂性的缺点。

u槽和l探头在小尺寸微带天线设计中的应用已被提出[4-6]。不同的技术，如利用微波衬底材料，增加一个短引脚。通过调整贴片的位移，在贴片下方设置两对导电棒作为寄生辐射体，并在探头顶部加载电容盘等复合技术[7]，可显著提高探头的带宽。在[8]中提出了各种宽带方法。上述方法都是通过改变表面电流分布来提高带宽。本文采用修改接地平面尺寸和馈线位置的方法进行宽带天线的设计。

2天线设计

设计中考虑了矩形贴片的基本设计考虑因素。patch的长度L通常为0.3333λo < L < 0.5λo，其中λo为自由空间波长。选择非常薄的patch，使t << λo(其中t为patch厚度)。介质衬底高度h一般为0.003λo≤h≤0.05 λo。衬底介电常数(εr)一般在2.2≤εr≤12范围内。在[9]中解释了用于设计补丁的公式。

(1）

（2）

（3）

（4）

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(6）

(7）

利用CST Microwave studio优化矩形贴片天线尺寸，将其用于生物遥测应用，如图1所示。天线打印在FR-4衬底上，其厚度h = 1.6 mm，介电常数4.4，并由50Ω微带线馈电，该微带线位于距离中心轴P的位置，以便更好地匹配阻抗。得到补片的形状、馈线的位置和宽度以及接地平面尺寸，以达到- 10dB的阻抗带宽。两种天线的优化参数如表1所示

3结果

为了更好地进行阻抗匹配，我们对间隙距离p进行了参数化研究，如图2所示，p是频段的下限。得到的理想值为p = 4mm。p = 4mm的最佳值所获得的带宽为2.6GHz，如图3所示。辐射图如图4所示。

四。结论

本文针对几种无线应用，特别是生物遥测领域，对宽带矩形贴片天线进行了优化设计。紧凑的尺寸以及宽带行为主要是通过使用不对称馈电和减少地平面实现的。间隙距离对阻抗匹配有影响，典型值为4 mm。它的带宽范围为1.56 GHz ~ 3.5 GHz，当S11≤-10 dB时，阻抗匹配率约为76.7%。在2.02 GHz (S11 = -24.3 dB)和3.13GHz (S11 = -24.4 dB)处获得了最佳阻抗匹配，与仿真结果吻合较好。