一種分齒蝶形超寬帶天線的設計與研究

0 引言
超寬帶(Ultrawide-band)信號是指-10 dB相對帶寬大于20％或者絕對帶寬大于500 MHz的無線電信號。基于該類信號的超寬帶技術，目前已應用于短距離高速無線通信、穿障探測、探地雷達、災難搜救、非接觸醫療檢測、汽車防撞等領域。
超寬帶天線作為信號的收發裝置，直接影響系統的性能。目前常用的超寬帶天線形式主要包括TEM喇叭天線、雙錐天線、對數周期天線、螺旋天線、Vivaldi天線和蝶形天線等。其中平面結構的蝶形天線(也稱領結形天線)，由立體的雙錐形天線演化而來，具有結構簡單、便于設計安裝、利于低頻輻射等優點，已應用在超寬帶通信與探測領域。
為改善天線寬帶性能，目前基于基本蝶形發展出了多種衍生結構。如雙蝶形結構、電容加載的條帶狀結構等。其中荷蘭Delft大學的A.A. Lestari與莫斯科航空學院Immoreev，I．Ya均提到了不同形式的分齒蝶形天線結構，但對于分齒帶來的性能影響，未查閱到具體研究報道。本文以9齒蝶形為例，通過建模仿真，分析了輻射狀分齒的蝶形天線，并研究了不同分齒位置下天線駐波比的變化。研究發現該種結構可以在保證一定頻段內天線性能的同時，減輕天線重量。相對于基本蝶形天線，分齒結構會使天線輸入VSWR在中間頻段產生抖動，且抖動頻段直接與分齒位置相關。針對300～480 MHz的頻率范圍，進一步優化設計并制作了一款分齒蝶形天線，實測顯示該天線在294～488 MHz駐波比小于2，其-10 dB帶寬194 MHz，相對帶寬達49．6％。

1 天線結構
圖1為分齒蝶形天線的實驗原型結構圖。結構參數中A，B為蝶形天線的寬與長；C為兩頁分齒位置間的距離；D為饋電端的寬度；分齒槽設計為從饋電端至末端的輻射形狀，各分齒等寬等距分布，齒寬齒距均為E，有E=A／(2n-1)，分齒數目，n=9。定義分齒比例參數為p，有p=B／C，即天線長與分齒位置間的距離的比。