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1、基于皮亞諾分形結(jié)構(gòu)的微帶陣列天線設(shè)計張澤奎，陳星（四川大學電子信息學院，四川成都610064）摘要：為了適應(yīng)現(xiàn)代無線通信對高增益寬頻帶天線的要求，改善微帶天線增益低、帶寬窄的缺陷，基于皮亞諾分形結(jié)構(gòu)，設(shè)計研究一款工作在X波段的高增益、寬頻帶微帶陣列天線。該天線由64個分形輻射單元組成輻射陣列來獲得較高的增益，同時增加了寄生層形成F?P諧振腔，有效地提高了天線的帶寬。仿真和測試結(jié)果表明，在10GHz處天線的增益為24.1dBi，小于-10dB的相對阻抗帶寬達到了12.6%，同時天線的口徑效率為89.4%。相對
2、于傳統(tǒng)的矩形結(jié)構(gòu)，減小了天線的尺寸，實現(xiàn)了天線的小型化。.jyqkm的介質(zhì)板。天線采用1分64的功率分配網(wǎng)絡(luò)進行饋電，天線結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。針對該結(jié)構(gòu)的單層陣列天線，經(jīng)過仿真軟件的優(yōu)化設(shè)計，最終得到天線在工作頻點10GHz處的增益達到了23.0dBi，回波損耗小于-10dB的相對帶寬約為1.5%，說明采用單層的陣列結(jié)構(gòu)就能夠得到很高的增益，但是帶寬相對很窄。對單層的天線同樣進行了加工測試，得到如圖4所示的S11參數(shù)。圖5給出了天線結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖。該天線分為上下兩層，上層為寄生層，下層為輻射層，兩層所用介質(zhì)基板
3、的介電常數(shù)同為er，厚度為h。上下兩層之間為空氣層，空氣層厚度為hz。天線采用特性阻抗為50Ω的同軸進行饋電，饋電口位于下層輻射層，同軸內(nèi)導體與微帶功率分配器中心相連。上層寄生層和下層輻射層的俯視圖和分形單元的俯視圖如圖6所示。為了在工作頻段10GHz的增益大于24dBi的增益，同時使得
4、S11
5、<-10dB的相對阻抗帶寬大于10%，天線采用了64個分形輻射單元組成8×8的陣列，上層同樣由64個相同結(jié)構(gòu)的分形單元組成8×8的陣列，上層寄生層的主要作用是提高天線的阻抗帶寬。1.2仿真與測試結(jié)果天線介質(zhì)基
6、板的介電常數(shù)為er，厚度h=0.5mm。通過仿真優(yōu)化，最終得到各部分的參數(shù)如表1所示。天線的最終尺寸為143mm×143mm，圖7給出了加工的實物圖，圖8和圖9分別給出了仿真和測試的S11參數(shù)和方向圖。從圖8可以看出，實測的相對阻抗帶寬略小于仿真的結(jié)果，且在8.4GHz，11.2GHz和11.9GHz出現(xiàn)了諧振，但是測試與仿真結(jié)果仍具有良好的一致性。測試數(shù)據(jù)表明，該天線的相對阻抗帶寬為12.6%（從9.5~10.76GHz）。圖9所示的測試與仿真方向圖表明，天線的增益滿足了設(shè)計要求，達到了24.1dBi。從
7、中還可以看出天線的旁瓣大于仿真的結(jié)果，但是仍小于主瓣10dB，這可能是因為加工的誤差和測試時上下兩層之間的間距無法保證完全一致。2結(jié)論本文仿真、加工并測試了一款采用皮亞諾分形技術(shù)的微帶陣列天線。仿真和測試結(jié)果表明，利用皮亞諾分形結(jié)果作為天線的輻射單元能有效地減小天線的尺寸。該設(shè)計方法在提高天線增益的同時，也能保證很寬的相對阻抗帶寬。最終在工作頻點10GHz處的增益達到了24.1dBi，
8、S11
9、<-10dB的相對阻抗帶寬為12.6%。.jyqking，eng，etal.Somerecentdevelo
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