用于缺口带操作的简单微带矩形单极天线

M.Veereshappa¹, Dr.S.N.Mulgi²

莱彻尔:印度卡纳塔克邦584 101,l.v.d.学院电子系副教授
印度卡纳塔克邦古尔巴尔加585 106，古尔巴尔加大学，PG研究和应用电子学研究系教授

摘要

提出了一种低轮廓矩形单极微带天线用于缺口带操作。该天线结构简单，由一个L型槽加载的2.34 X 3.04平方厘米的矩形辐射贴片组成，采用低成本衬底材料FR4制成截断角。所提出的天线采用顶地平面和底地平面。研究了l型槽对缺口带变化的影响。天线的工作带宽为31.75%和40.87%，增益最高可达11.07 dB。在这两个波段天线都有全向辐射特性。所提出的天线可应用于工作频率在7至16 GHz之间的微波通信系统。

关键字

角截断，微带天线，单极子，槽，全向

介绍

微波通信系统的新趋势往往要求天线尺寸紧凑、设计简单、外形薄、重量轻、成本低、平面结构和易于制造。微带天线是满足这些要求的较好选择。微带天线的设计和开发是在微波通信中具体应用的较好选择。文献报道了大量关于缺口带操作设计和开发的研究[3-11]。文献中介绍的大多数天线要么结构复杂，要么体积较大，因此在实际应用中需要比常规微带天线更细致的制造过程。在本研究中，我们展示了一种简单的技术来实现矩形单极子天线的缺口带操作。

天线几何设计

为达到较高的精度，采用计算机软件Auto-CAD绘制了天线的工艺图，并采用低成本的fr4 -环氧基板材料制作，其厚度h = 0.16 cm，介电常数r = 4.4。

图1显示了角截断l槽矩形单极微带天线(CTLSRMA)的俯视图几何结构。图1中基底面积为L Ã¯Â Â´W cm。在基片的上表面，在微带线的两侧用高度等于馈线Lf长度的接地面，间距为0.1 cm。在基片底部的微带线以下使用高度为Lf的连续接地铜层。利用文献[2]中传统矩形微带天线的设计公式，设计了频率为3ghz的CTLSRMA。矩形斑块的长度为Lp，宽度为Wp。馈电装置由长Lt、宽Wt的四分之一波变压器组成，在贴片馈电和长Lf、宽Wf的微带线馈电之间形成匹配网络。在微带线馈电的尖端使用半微型A (SMA)连接器，用于馈电微波功率。在图1中，矩形斑块的四个角分别用Tx和Ty的垂直和水平长度截断。在垂直长度为X，水平长度为Y，宽度为Z的辐射补片上再加载l型槽。 The L-slot is placed at a distance 0.2 cm from the non radiating side Lp of the patch.

图2为角截断移位L槽矩形单极微带天线(CTSLSRMA)几何结构。图中L-slot位置移位，L-slot距离贴片非辐射边缘0.4 cm。图2的其他几何形状与图1相同。拟天线的设计参数如表1所示。

实验结果

在矢量网络分析仪(德国罗德与施瓦茨公司ZVK型号1127.8651)上对天线带宽超过回波损耗小于- 10db进行了实验测试。CTLSRMA回波损耗随频率的变化如图3所示。从这个图中，实验带宽(BW)是用下面的方程计算的，

式中，f1和f2分别为回波损耗达到- 10 dB时频带频率的下切和上切，fc为工作频带的中心频率。从图中可以看出，天线工作在7 ~ 16 GHz之间，在f1和f2处有两种谐振模式，即7.76 GHz和13.84 GHz。由式(1)测得BW1和BW2实验-10 dB带宽的幅度分别为2.71 GHz(31.75%)和5.43 GHz(40.87%)。在BW1和BW2之间出现了0.68 GHz(9.89-10.57)的缺口带。获得的双带响应是由于贴片上不同的表面电流。由于微带线馈电和顶地平面的耦合作用，CTLSRMA的基频模从设计频率3 GHz漂移到7.76 GHz。

图4显示了CTSLSRMA的回波损耗随频率的变化。可以看出，天线工作在BW3和BW4两个频段。在BW3 ~ BW4测得的工作频带的幅值分别为2.86 GHz(32.98%)和5.54 GHz(41.87%)。从图4进一步可以看出，与BW1和BW2 CTLSRMA相比，CTSLSRMA的工作频带能够拓宽。缺口带(10.10-10.46)出现在BW3和BW4之间，在这种情况下减少了3.50%。因此，贴片上l槽的位置可以有效地控制天线的缺口带操作

采用绝对增益法测量天线的增益。分别测量了锥角天线发射‘Pt’的功率和被测天线(AUT)接收‘Pr’的功率。利用这些实验数据，用公式计算AUT的增益(G) dB，

式中Gt为锥形喇叭天线的增益，R为发射天线与AUT之间的距离。由式(2)可知，在BW1和BW2中，CTLSRMA和CTSLSRMA的峰值增益分别为10.73 dB、7.32 dB，在BW3和BW4中分别为11.07 dB、10.27 dB。由此可见，与CTLSRMA的增益相比，CTSLSRMA能够提供更大的增益。

在CTLSRMA和CTSLSRMA的工作波段测量了它们的共极和跨极辐射模式。在4.70 GHz和4.87 GHz测得的典型辐射图分别如图5至图6所示。得到的图案本质上是全向的。

结论

通过详细的实验研究，得出了一种用于缺口带操作的微带进给CTLSRMA。天线在7到16 GHz范围内的两个频段工作。如果l槽的位置被移动，天线对双波段再次工作，但减小了缺口波段的幅度，导致工作波段增强。与CTLSRMA的增益相比，CTSLSRMA也增强了增益。在这两种情况下，天线都具有全向辐射特性。所提出的天线设计和制造简单，并且使用低成本的基板材料。有了这些特性，所提出的天线可以在频率范围为7到16 GHz的微波通信系统中应用。

确认

作者要感谢科学技术部(DST)，印度政府。新德里，在拳头项目下批准该部门的矢量网络分析仪。作者也要感谢航空发展机构(ADE)， DRDO班加罗尔提供他们的实验室设施，在矢量网络分析仪上进行天线测量。

参考文献

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