辐射边缘上的短根微带贴片天线

公共广播Ambresh¹，哈达尔吉²
古尔巴加大学应用电子系微波研究实验室，印度古尔巴加585106

摘要

本文研究了一种新的微带天线设计，在贴片的辐射边缘放置短根，并给出了结果。通过在贴片表面插入适当尺寸的存根，可获得200mhz(6.67%)带宽和5.00 dB增益。结果还表明，在谐振频率下，采用同轴进给技术，该设计具有良好的全向辐射特性，物理尺寸减小了约16%。

关键字

谐振，短存根，天线，辐射边，阻抗带宽。

介绍

微带或贴片天线是一种低调的天线，在现代无线通信应用中占有重要地位。微带天线，如微带贴片天线、存根加载贴片天线和槽天线，因其重量轻、易于与单片微波集成电路(MMICs)集成而被广泛应用。人们研究了各种技术，这些技术在微带贴片天线的情况下提供了更好的带宽，也被开发出来[1-3]。除了上述优点外，微带贴片天线(MPA)在物理结构上的简化，即紧凑性[4-9]也是许多实际应用中必不可少的要求。

Eva Rajo-Iglesias等人设计了用于中型MIMO终端的结合空间和辐射模式多样性的紧凑型多模贴片天线[10]，该设计实现了2.5%的带宽。研制了一种短方环槽分支天线，工作频率为1575 MHz和2.4 GHz，带宽为4.5%[11]。研究了一种四频短兆压平面三频天线[12]，频率分别为0.9、1.8、2.4和5.4 GHz，该设计实现了12 MHz的带宽。本文介绍了在贴片表面使用存根，它提供了200 MHz的改进带宽特性，具有适合s波段应用的中等增益。给出了天线的结构和结果。

单单元天线结构及实验结果

所提出的天线结构通过使用硅垫片支撑在铜质地平面上，如图1所示。矩形贴片由FR4电介质材料制成，厚度h = 0.16 cm，尺寸为长L = Ã¯Â Â¬o/4.39，宽W = 0.299Ã¯Â Â¬o。其中λ0为工作波长。Patch还由尺寸a = 1mm和b = 2mm的短存根组成，它们沿着Patch的辐射边缘放置，如图2所示。使用存根是为了实现提高带宽、增益和紧凑性(物理尺寸减小)。本设计使用的接地平面是一块厚度h1 = 1.6 mm的铜板，尺寸Lg = Wg = 35 mm，放置在超起点以下Δ = 8.5 mm处，如图1所示。

为了更好地进行阻抗匹配，采用了同轴馈电技术。天线的特性对天线的长度、宽度、气隙等设计参数也很敏感。在这种情况下，所提出的天线导致阻抗匹配在宽频带中等增益特性。由于采用同轴进给技术对补片进行激励，进给点沿y轴中心线放置，距离fp = 4.2 mm。所制备的贴片天线和槽尺寸均为λ0的函数，其中λ0为工作波长。

采用矢量网络分析仪(罗德和施瓦茨公司生产的ZVK型号1127.8651)测量天线的回波损耗(RL)、阻抗图和驻波比特性，采用STIC转台测量远场图。使用FR- 4介电材料代替昂贵的衬底材料，其价格要低得多。

虽然使用高相对介电常数衬底通常会限制带宽，但实验带宽(3630 MHz中心频率)约为200 MHz (6.67%， RL= -18.59 dB)，覆盖频率范围为3500 - 3700 MHz，回波损耗(RL)小于-10 dB，具有单共振特性。回波损耗与频率关系图如图3所示。与短stub结合的贴片天线引入了一个电容，该电容抑制了由于厚衬底而由馈电引入的一些电感，并且获得了stub的单谐振。因此，天线的设计参数可以在s波段内实现良好的阻抗匹配。

在使用喇叭天线完成校准后，测量远场辐射图。图4给出了该天线在中心频率3630 MHz处的辐射图。研究发现，在整个波段内，该模式本质上是全方位的。在同一频率下，交叉极化水平小于- 10db。

与简单的微带贴片天线相比，该天线在整个频段上的测量增益为5.00 dB，紧凑度为16%。图5显示了VSWR特性，在谐振频率3630 MHz时，VSWR为1.426，小于1.5，表明整个频段的反射功率较小。图6显示了在3630 MHz测量的阻抗图，显示输入和负载之间的阻抗为45.98 Ω + (-j6.549)，单回路表征单谐振。

结论

利用上述设计参数，对具有宽带特性的贴片天线进行了研究。天线表现出宽频带和中等增益特性。测量带宽为200 MHz(对于返回损耗小于-10 dB)，紧凑度为13%。该天线不仅带宽宽，而且具有2.00 dB的增益和全向辐射特性。由于该天线具有宽频带、低外形和重量轻的特点，因此可应用于WiMax、海上移动业务和s波段宽带通信系统。

鸣谢

作者非常感谢印度新德里政府科学技术部(DST)在FIST项目下批准该部门的矢量网络分析仪，并在印度新德里大学教育资助委员会2010年11月18日的Rajiv Gandhi国家初级研究奖学金(RGN-JRF) [No.F.14-2(SC)/2009(SA-III)]计划下提供财政援助。

参考文献

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