低剖面宽带开槽微带天线的研究与设计.doc

低剖面宽带开槽微带天线的研究与设计袁卿瑞(中国电子科技集团第十研究所，成都610036)摘要：本文提出了一种新型的低剖面宽带开槽微带天线。该天线印制在剖面尺寸为0.011的FR4（r=4.4）介质板上，通过在矩形贴片的非辐射边开一对对称的弯折细槽及在天线尾部加载一段微带线作为负载来激励起三个邻近的谐振模。实验表白该天线VSWR≤2带宽可以达成传统矩形贴片的3倍。关键词：低剖面，宽带，开槽天线AnalysisandDesignofLow-profileBroadbandMicro-stripAntennawithBentSlotsYuanQingrui(ChinaResearchInstituteofRadiowavePropagation,ChengduSichuan610036,China)Abstract：Inthispaper,anewlow-profilebroadbandmicro-stripantennawithslotsispresented.TheantennaisprintedontheFR4substrate(r=4.4)ofthickness0.011.Awideoperatingbandwidthcanbeobtainedbyembeddingapairofsymmetricbentslotsinsidethepatchandinsertinganinsetmicro-striplinesectionatthepatchedgeasanintegratedreactiveloadtoexcitedthreecloselyexcitedresonantmodes.Adjustingtheslotsandthemicro-strip’slocationandlength,awiderbandwidthcanbeachieved.Resultsshowthattheoperatingbandwidth（VSWR<2）is3timesthatofatraditionalrectangularmicro-stripantenna.Keywords:Low-profile;Broadband;Slottedantenna1引言近年来，国内外许多学者对微带天线的带宽展宽技术进行了进一步广泛的研究，提出了很多行之有效的方法，例如采用U-型槽结构、E-型贴片等，但这些天线形式大都采用厚空气层或者泡沫层作为介质层，这就增大了天线的剖面。而在某些情况下，例如共形天线、便携天线等就需要采用低剖面的介质板。因此对低剖面宽带天线的研究就显得很故意义。在微带贴片的适当位置开槽可以展宽天线的带宽，例如在圆形贴片上开两个弧形槽[1]，在梯形贴片上开一对弯折槽[2]，在矩形贴片上开一对弯折槽[3]，在三角形贴片上开一对不对称的弯折槽等[4]。这些天线结构都是印制在薄介质板上，通过开槽来激励起两或者三个相邻的谐振模式，来达成展宽天线带宽的目的。本文提出一种新型的宽带开槽微带天线，剖面厚度为0.011，通过在矩形贴片的非辐射边开一对对称的弯折细槽及在天线尾部加载一段微带线作为负载来激励起三个相邻的谐振模。调整细槽和微带线的位置和长度使三个谐振模连在一起，可以使天线带宽展宽到传统矩形贴片的3倍。2天线结构设计天线结构如图1所示，采用矩形结构，贴片长度为L，宽度为W，沿贴片的边沿平行方向开了一对对称的弯折槽，弯折槽由两部分组成，分别为L1和L2，其中L2段平行于非辐射边，距离非辐射边间距为W1，L1段平行于辐射边，距离辐射边间距为W2，两段槽缝的宽度均为Ws，底部嵌入贴片的微带线宽度为W3，长度为L3，距离底边间距为L4，馈电点的位置在矩形贴片中线上，距离底边间距为L5。贴片印制在介电常数为4.4，厚为3mm的FR4介质板上。对称的弯折槽结构可以激励起一个与基模TM10相邻的谐振模TM0（1<<2）[2]，尾部加载的小段微带线可以激励起另一个与之相邻的谐振模[3]，这三个谐振模具有相似的辐射特性和相同的极化特性。图1宽带开槽微带天线结构尺寸图3仿真分析按图1给出的天线结构使用电磁仿真软件HFSS进行仿真设计。通过反复的软件仿真和优化，发现对天线驻波特性影响较大的两个参数为L1和L3。为了研究的方便，设其他参数为定值，分别改变L1和L3来考察其对天线性能的影响。3.1参数L1分析图2不同L1值天线回波损耗仿真结果如图2所示，L1重要影响第一、二谐振点。从图中可以看出，当L1增大时，第一、二谐振点逐渐分离；当L1减小时，第一、二谐振点逐渐靠近。因此选择适当的L1值，可以使第一、二谐振点连在一起，且不互相重叠，从而形成一个较宽的驻波带宽。3.2参数L3分析图3不同L3值天线回波损耗仿真结果如图3所示，L3重要影响第二、三谐振点。从图中可以