一種新型S波段寬帶圓形貼片天線的設計

摘要：采用HFSS11電磁場仿真軟件設計和仿真了一種工作于S波段的新型寬帶圓形微帶貼片天線。天線采用聚四氟乙烯和空氣兩層介質，通過同軸探針頂部加載圓形金屬電容片來對輻射貼片進行耦合饋電，由此補償探針引起的電感；同時，在圓形貼片上開圓弧形縫隙，以生成第二個諧振點，從而進一步增大帶寬。結果表明，天線的阻抗帶寬達到了38％(VSWR2)，并且在帶寬內天線的輻射方向圖基本保持穩定。
關鍵詞：寬頻帶；圓形貼片天線；電容補償；圓弧形縫隙

0 引言
微帶天線是在帶有導體接地板的介質基片上貼加導體薄片而形成的天線，它具有剖面薄，體積小，重量輕，容易實現多頻段等優點。但微帶天線有其固有缺陷，即寬帶比較窄，一般只有5％左右。因此，展寬微帶天線的帶寬具有十分重要的意義。目前，隨著微帶天線的應用越來越廣，對于如何展寬天線的帶寬已經出現了很多有效的方法，其基本方法有以下幾種：
(1)增大微帶介質的厚度；
(2)降低微帶介質的介電常數；
(3)采用有耗介質；
(4)附加阻抗匹配網絡等。
前兩種方法制作起來比較簡單，容易加工；第三種方法以天線增益的降低為代價；第四種方法需要設計寬帶匹配電路，電路結構復雜，制作難度大。
本文設計了一種新型天線，該天線采用較厚的空氣層與較薄的聚四氟乙烯雙層介質，在前兩種方法的基礎上又利用金屬電容片補償同軸探針饋電時所引入的電感，同時在輻射貼片上開縫形成雙峰諧振，進一步拓展了天線的帶寬。文中對本天線，采用同軸探針直接饋電的天線與僅采用電容補償饋電的天線的帶寬進行了比較。對微帶天線進行計算與仿真，調節圓弧形縫隙的位置與長度，可以使單個圓形貼片的阻抗帶寬在S波段內達到38％甚至更高，滿足了現代通信對天線帶寬的要求。

1 微帶天線的模型結構
微帶貼片天線的模型結構如圖1和圖2所示，輻射貼片與接地板之間的介質由兩部分組成，下層為空氣介質，其厚度為h1，上層是聚四氟乙烯，厚度為h2，并且h1遠大于h2，這樣的組合既可以增大介質層的厚度，又可以等效降低相對介電常數。