一種雙z型雙頻微帶天線研究和設(shè)計

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1、一種雙Z型雙頻微帶天線研究和設(shè)計摘要：設(shè)計一種雙Z型縫隙結(jié)構(gòu)的雙頻微帶貼片天線，通過加載縫隙改變貼片表面電流路徑的方法來實現(xiàn)天線的雙頻帶，并利用電磁仿真軟件HFSS13.0對天線進行仿真分析。結(jié)果表明，當回波損耗小于-10.0dB時，天線工作頻段分別為2.44?2.56GHz和4.92?5.08GHz,且天線的相對帶寬分別為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)簡單易實現(xiàn),所設(shè)計的雙頻微帶天線可用于無線通信系統(tǒng)中。關(guān)鍵詞：雙頻；微帶天線；HFSS13.0

2、；回波損耗中圖分類號：TN822文獻標識碼：A文章編號：1005-3824(2014)01-0055-040引言無線通信技術(shù)的迅猛發(fā)展和應(yīng)用推動了現(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)簡單而更具優(yōu)勢，在通信、雷達等領(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［3］?？p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，縫隙微帶天線的功能也日益多樣化。在文獻［4］中，葛林等人設(shè)計了一種“田”字型單層雙頻微帶天線，實現(xiàn)了S波段和X波段天線的孔徑復(fù)用；在文獻［5］中，陳斌等人設(shè)計了一種單層探針饋電的雙層微帶天線，其2個工作中心頻差較大，且方向圖一致性較好；文獻［6］提出的U形雙頻天線適合應(yīng)用于移動通信，通過改變縫隙的長度和寬度，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［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)簡單、饋電方便等優(yōu)點，同時也保證了天線雙頻工作的特點。該天線不存在其它的寄生頻率，通過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，當回波損耗小于-10.0dB時，天線工作頻段分別為2.44?2.56GHz和4.92?5.08GHz,且天線的相對帶寬分別為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)基片上開對稱雙Z型縫隙的方法，設(shè)計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度，AL為等效線伸長量，ee為介質(zhì)等效介電常數(shù)?；宓母叨萮和介電常數(shù)￡1?對微帶天線的帶寬都有影響。厚度h越大，頻帶會變寬，但厚度加大會使天線尺寸增大，破壞天線的低剖面，且會引起表面波的明顯激勵。而基板介電常數(shù)越小會使得所需要的基板尺寸越大。因此要綜合考慮，選擇適當?shù)幕褰殡?/p>

6、常數(shù)與厚度。當微帶天線主模工作時，頂部貼片上的電流僅沿一個方向變化而另一個方向近似均勻分布，如果在微帶線垂直于電流流動方向上加載縫隙，原來貼片表面的電流路徑被切斷，電流將繞過矩形切槽流動，從而電流流動的有效長度比沒有受到擾動的原電流路徑增加，貼片的有效長度增加，相應(yīng)的工作頻率降低。本文所設(shè)計的天線采用的是50Q的同軸線進行饋電，采用的介質(zhì)層為ArionAD450（相對介電常數(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?shù)匕鍖挾葷M足W0^W+0.2Xg時，即可將地

7、板視為無限大，然而在實際的工程應(yīng)用中，接地板的尺寸應(yīng)該盡可能的小，因為要考慮到天線的成本、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，信號隔離度不好是造成通話質(zhì)量差的主要問題之一。若采用單個天線分時隙工作于2個或多個頻段，則可避免信號間的相互耦合，既可以節(jié)約成本，又能保證信號的質(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)來實現(xiàn)微帶天線的雙頻工作。通過利用HFSS仿真軟件對天線的長度、寬度、縫隙長度、饋

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