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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 |
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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 = ï ¬o/4.39,宽W = 0.299ï ¬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。 |
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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。 |
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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。 |
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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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