一種新型寬頻帶E型微帶天線的設計

摘要：介紹一種新型E型結構的微帶天線。在U型微帶天線中間加一段傳輸線構成新型E型微帶天線，產生多點諧振，達到微帶天線頻帶展寬的目的。通過改變饋電點位置和傳輸線的長度和寬度，實現微帶天線的最佳匹配和頻帶的展寬。仿真結果表明，該天線在4．25～5．366GHz頻帶內反射系數均小于-10 dB，方向最大增益達到9 dB，相對帶寬為23．2％。且對E型天線加工和測試，實測結果和仿真結果一致。
關鍵詞：微帶天線；E型；寬帶；高增益

0 引言
微帶天線具有體積小、重量輕、易饋電、易與載體共形等優點，廣泛直用于測量和通信各個領域。但是，微帶天線的窄頻帶特性在很多方面限制了它的廣泛應用，因此展寬微帶天線的帶寬具有十分重要的意義。
近年來，人們在展寬微帶天線的帶寬方面做了很多的研究：增大基板厚度，降低介電常數；采用電磁耦合多諧振來擴展帶寬的方式，采用縫隙耦合饋電的方式，采用多層結構。本文在對上述各種展寬帶寬技術的比較研究之后，通過在U型微帶天線中間加一段傳輸線構成新型的E型微帶天線，實現了天線阻抗頻帶的展寬。利用HFSS模擬仿真以及實測結果表明，這種天線在工作于4．25～5．366 GHz時，其相對帶寬達到了23．2％，且采用了傳統的同軸饋電，結構簡單，易加工。

1 天線設計與分析
微帶天線的結構如圖1所示，貼片的長為L，寬為W，饋電點位置為(P_x，P_y)，U_l和U_w為U型天線尺寸，U型天線中間增加的微帶線的長度和寬度分別為E_l和E_w，微帶天線離地面的高度為H。當E_l為零時即為U型天線，E_l不為零時為E型天線。天線采用傳統的同軸饋電方式。天線與地面之間采用空氣為介質，減少采用高介電常數介質帶來的損耗，同時呵達到增加頻帶寬度的目的。

從圖2可知，隨著E_l的增大，高頻諧振頻率點變小，在E_l=14．5 mm時候高頻諧振點獲得較好的匹配，當E_l繼續增大時候匹配變差。由圖4可得，隨著E_w增大，低頻諧振點匹配變差，而高頻諧振點匹配變好。通過調節中間傳輸線的長度E_l和寬度E_w可獲得兩個匹配較好的諧振頻率點。