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国际电气、电子和仪器工程高级研究杂志

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菱形槽近距离耦合等边三角形微带天线用于双波段操作

马赫什1和哈达尔吉2
  1. 印度卡纳塔克邦古尔巴加古尔巴加大学应用电子学研究学者
  2. 印度卡纳塔克邦古尔巴加古尔巴加大学应用电子学P.G.研究与研究系教授
有关文章载于Pubmed，谷歌学者

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摘要

本文研究了一种辐射贴片上带菱形槽的近距离耦合等边三角形微带天线的设计。天线由两层厚度(h) 0.32cm的环氧玻璃材料组成，每层总厚度为0.64cm。与传统微带天线的3.07GHz和9.15%的带宽相比，本文提出的菱形槽加载天线在2.95GHz和5.91GHz两个不同频率上谐振，带宽分别为8.87%和11.05%。采用Ansoft HFSS电磁仿真软件对这些天线进行仿真。讨论并给出了天线的回波损耗、带宽和辐射图等参数。

关键字
接近耦合，三角形微带天线，菱形，带宽，辐射模式

介绍
微带天线由于具有许多吸引人的特点和理想的特性，已成为现代无线通信系统的最重要的候选者，并成为商业行业和研究学术界开发手持移动设备的最终解决方案。当前的无线通信具有重量轻、带宽宽、成本低、可直接与微波电路集成等优点。为了满足这些要求，微带天线是现代无线通信的最佳解决方案。在方形、矩形、圆形、椭圆等不同形状的辐射贴片中，等边三角形辐射贴片与其他微带贴片形状[3]相比，具有良好的辐射特性、设计简单、尺寸紧凑等特点。
近年来，微带天线设计者提出了许多改进天线参数的技术，如孔径耦合馈电和近距离耦合馈电等微带线馈电方法。为了提高阻抗带宽、辐射特性、增益、多频带操作等，采用了槽加载技术[4-7]。在[4]中，通过对芯片电阻的重构，研究了50Ω微带线嵌入馈电三角形微带天线。在[5]中提出了在FR4介质衬底上刻蚀等边三角形双频微带，并针对不同衬底厚度和贴片大小设计了天线以实现双极化。研究了一种带槽[6]的双T形短根调谐三角形微带天线，用于宽带工作。在[7]中设计了一种带短针或芯片电阻三角形贴片天线的小槽，用于宽带工作。该天线还在固定的工作频率上共振，具有尺寸减小的特性。而且，上述方法都比较复杂。为了克服这些困难，本文采用简单的微带线接近耦合馈电技术，实现了宽阻抗带宽的双带工作。

天线设计考虑因素
所设计的天线的频率为3 GHz，采用了文献中所介绍的等边三角形微带天线的设计关系。采用低成本的玻璃环氧基板材料，基板s1和S2厚度为0.32 cm，介电常数εr = 4.2，用于模拟天线。
图1显示了近距离耦合等边三角形微带天线(PCETMSA)的几何结构。所述长度为“a”的等边三角形辐射贴片蚀刻在衬底S1的上表面。' a '的值由式(1)得到;
图像
式中，C为光速，fr为共振频率。在衬底S2的上表面刻蚀长Lf、宽Wf的微带线进给。衬底S2放置在衬底S1下面，使所述馈线的尖端和所述辐射片的中心相互重叠。所述衬底S2的底面作为接地面。由公式计算出地平面的尺寸Lg和Wg;
Wg = Lg = 6h+a
图像
进一步在辐射贴片上加载菱形槽进行研究，如图2所示，DSPCETMSA的Ansoft HFSS天线模块如图3所示，其中SD为菱形槽的距离，SL为槽的边长。PCETMSA和DSPCETMSA的所有尺寸如表1所示。
图像
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仿真结果与讨论
采用Ansoft HFSS仿真软件对所设计的天线进行了设计和仿真。计算了阻抗带宽除以回波损耗小于-10dB。PCETMSA和DSPCETMSA的回波损耗随频率的变化如图4和图5所示。从这些图中，阻抗带宽由式(2)计算，
图像
式中，f1和f2分别为其回波损耗达到-10dB时工作频带的下截止频率和上截止频率，fC为f1和f2之间的中心频率。
图像
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从图4和图5可以看出，PCETMSA谐振频率为3.07 GHz，阻抗带宽为9.15%，回波损耗最小为-19.42dB，而在保持所有参数不变的情况下，在辐射贴片加载菱形槽后，天线谐振频率分别为2.95GHz和5.91GHz，阻抗带宽分别为8.87%和11.05%。与传统微带天线相比提高了1.90倍，测得的最小回波损耗分别为-17.71dB和-11.33dB，如图5所示。
拟天线φ在00和900处、ϴ在00和900处的E面和H面辐射图如图6(a)、图6(b)和图6(c)所示。从这些图中可以清楚地看出，得到的辐射图本质上是侧面的。
图像

结论
从详细的研究可以清楚地看出，PCETMSA天线给出了一个单一的频带，但加载了菱形槽后，即DSPCETMSA在两个工作频带上谐振，带宽增强，在谐振频率处有更好的宽侧辐射模式。该天线的优点还在于它使用了低成本的衬底材料，并在WLAN、蓝牙和Wi-Fi等现代通信系统中得到了应用。

参考文献







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