一種雙z型雙頻微帶天線研究和設(shè)計(jì)

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1、一種雙Z型雙頻微帶天線研究和設(shè)計(jì)摘要：設(shè)計(jì)一種雙Z型縫隙結(jié)構(gòu)的雙頻微帶貼片天線，通過(guò)加載縫隙改變貼片表面電流路徑的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)天線的雙頻帶，并利用電磁仿真軟件HFSS13.0對(duì)天線進(jìn)行仿真分析。結(jié)果表明，當(dāng)回波損耗小于-10.0dB時(shí)，天線工作頻段分別為2.44?2.56GHz和4.92?5.08GHz,且天線的相對(duì)帶寬分別為4.8%和3.2%O與普通微帶天線相比，該天線的帶寬有很大的提高，天線的整體輻射性能良好，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單易實(shí)現(xiàn),所設(shè)計(jì)的雙頻微帶天線可用于無(wú)線通信系統(tǒng)中。關(guān)鍵詞：雙頻；微帶天線；HFSS13.0

2、；回波損耗中圖分類號(hào)：TN822文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1005-3824(2014)01-0055-040引言無(wú)線通信技術(shù)的迅猛發(fā)展和應(yīng)用推動(dòng)了現(xiàn)代通信天線向小型化、多頻帶、多極化的方向發(fā)展。微帶天線因其特有的優(yōu)點(diǎn)如體積小、重量輕、低剖面、能與載體共形、易于制造、成本低、便于實(shí)現(xiàn)圓極化、雙極化和雙頻段等得到廣泛的關(guān)注和應(yīng)用[1]O微帶天線的形式有很多，在諸多形式中，縫隙微帶天線由于其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單而更具優(yōu)勢(shì)，在通信、雷達(dá)等領(lǐng)域得到了廣泛的關(guān)注和應(yīng)用［2］。和普通的微帶天線相比，縫隙微帶天線具有更寬的帶寬，以及低功耗

3、、低成本、小型化、易于共形和集成等優(yōu)點(diǎn)［3］。縫隙的形狀也是多種多樣，由傳統(tǒng)的矩形槽演變成特性更好的U形槽、V形槽、E形槽等。在形狀多樣化的同時(shí)，縫隙微帶天線的功能也日益多樣化。在文獻(xiàn)［4］中，葛林等人設(shè)計(jì)了一種“田”字型單層雙頻微帶天線，實(shí)現(xiàn)了S波段和X波段天線的孔徑復(fù)用；在文獻(xiàn)［5］中，陳斌等人設(shè)計(jì)了一種單層探針饋電的雙層微帶天線，其2個(gè)工作中心頻差較大，且方向圖一致性較好；文獻(xiàn)［6］提出的U形雙頻天線適合應(yīng)用于移動(dòng)通信，通過(guò)改變縫隙的長(zhǎng)度和寬度，也可以使得天線的高低頻率比在一定范圍內(nèi)調(diào)節(jié)；文獻(xiàn)［7］給出了

4、一種倒L形雙頻天線，其高低頻率比可在一定范圍內(nèi)控制。本文提出了一種新型的雙Z型微帶天線，該天線在結(jié)構(gòu)上保持了天線結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、饋電方便等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)也保證了天線雙頻工作的特點(diǎn)。該天線不存在其它的寄生頻率，通過(guò)選擇合適的尺寸即可使天線工作于相應(yīng)的頻率。仿真結(jié)果表明，當(dāng)回波損耗小于-10.0dB時(shí)，天線工作頻段分別為2.44?2.56GHz和4.92?5.08GHz,且天線的相對(duì)帶寬分別為4.8%和3.2%,天線的整體輻射性能良好，保證了寬帶和工作的性能。1天線結(jié)構(gòu)與參數(shù)分析天線實(shí)現(xiàn)雙頻工作可以有多種方法：采用多層貼片，

5、帶有短路探針和縫隙的矩形貼片‘inclined縫隙耦合矩形貼片，在矩形貼片輻射邊附近刻蝕縫隙等［8］。本輪采用的是在單層介質(zhì)基片上開(kāi)對(duì)稱雙Z型縫隙的方法，設(shè)計(jì)了一種工作在雙頻段微帶天線結(jié)構(gòu)，如圖1所示。其中：W和L分別為輻射單元的寬度和長(zhǎng)度，AL為等效線伸長(zhǎng)量，ee為介質(zhì)等效介電常數(shù)?；宓母叨萮和介電常數(shù)￡1?對(duì)微帶天線的帶寬都有影響。厚度h越大，頻帶會(huì)變寬，但厚度加大會(huì)使天線尺寸增大，破壞天線的低剖面，且會(huì)引起表面波的明顯激勵(lì)。而基板介電常數(shù)越小會(huì)使得所需要的基板尺寸越大。因此要綜合考慮，選擇適當(dāng)?shù)幕褰殡?/p>

6、常數(shù)與厚度。當(dāng)微帶天線主模工作時(shí)，頂部貼片上的電流僅沿一個(gè)方向變化而另一個(gè)方向近似均勻分布，如果在微帶線垂直于電流流動(dòng)方向上加載縫隙，原來(lái)貼片表面的電流路徑被切斷，電流將繞過(guò)矩形切槽流動(dòng)，從而電流流動(dòng)的有效長(zhǎng)度比沒(méi)有受到擾動(dòng)的原電流路徑增加，貼片的有效長(zhǎng)度增加，相應(yīng)的工作頻率降低。本文所設(shè)計(jì)的天線采用的是50Q的同軸線進(jìn)行饋電，采用的介質(zhì)層為ArionAD450（相對(duì)介電常數(shù)4.5,損耗角正切0.0035）介質(zhì)層的厚度為h=3mm,介質(zhì)板的背面為接地板。從理論上講，當(dāng)?shù)匕鍖挾葷M足W0^W+0.2Xg時(shí)，即可將地

7、板視為無(wú)限大，然而在實(shí)際的工程應(yīng)用中，接地板的尺寸應(yīng)該盡可能的小，因?yàn)橐紤]到天線的成本、重量和安裝等多方面的因素。結(jié)合以上各種因素，天線的結(jié)構(gòu)圖如圖1所示，表1為天線的各項(xiàng)參數(shù)值。3結(jié)論如今通信技術(shù)和信息技術(shù)飛速發(fā)展，信號(hào)隔離度不好是造成通話質(zhì)量差的主要問(wèn)題之一。若采用單個(gè)天線分時(shí)隙工作于2個(gè)或多個(gè)頻段，則可避免信號(hào)間的相互耦合，既可以節(jié)約成本，又能保證信號(hào)的質(zhì)量。本文在矩形微帶輻射貼片的基礎(chǔ)上，提出了一種雙Z型縫隙微帶天線結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)微帶天線的雙頻工作。通過(guò)利用HFSS仿真軟件對(duì)天線的長(zhǎng)度、寬度、縫隙長(zhǎng)度、饋

8、點(diǎn)位置等影響天線性能的參數(shù)進(jìn)行了相應(yīng)的優(yōu)化分析，設(shè)計(jì)出了一種工作于2.50GHz和5.00GHz的雙頻微帶天線。通過(guò)仿真分析表明，與傳統(tǒng)的單元微帶天線相比，天線的回波損耗小，分別達(dá)到-29.58dB和-21.61dB,且其相對(duì)帶寬也分別達(dá)到了4.8%和3.2%,同時(shí)中心頻率為2.50GHz的最大增益達(dá)到了5.354dB,天線雙縫隙寬度對(duì)天線的性能基本沒(méi)影響。與普通微帶天線相比，加載雙Z