孫魯兵

摘 要：隨著無線通信技術(shù)的高速發(fā)展，在通信基站等多類系統(tǒng)中，全向天線得到了越來越廣泛的應(yīng)用，對全向天線的性能要求也越來越高，微帶全向天線具有工藝簡單和成本低廉等優(yōu)勢，成為全向天線設(shè)計的新潮流。寬帶天線在天線應(yīng)用中具有較高的適應(yīng)性?；谶@幾類天線的優(yōu)點，本文設(shè)計了一種小型的微帶寬帶全向天線，該天線的尺寸很小，僅為30mm*20mm*0.813mm，它由印刷在介質(zhì)板上的偶極子組成，以此來實現(xiàn)全向輻射。該天線通過微帶線側(cè)饋的方式進行饋電。仿真結(jié)果表明，該天線的相對帶寬較寬，約為17.5%（4.83～5.76GHz）;在該頻帶內(nèi)，天線具有較好的水平全向特性，且天線的最高增益達到了3.2dB。主瓣方向在整個工作頻段內(nèi)保持相對穩(wěn)定。

關(guān)鍵詞：小型化;微帶天線;全向天線

DOI：10.12249/j.issn.1005-4669.2020.27.328

1 引言

隨著無線通信的飛速發(fā)展，對通信系統(tǒng)所需天線性能指標的要求也越來越高。全向天線可以與水平面360度范圍內(nèi)的目標進行通信，因此被廣泛用于移動通信、衛(wèi)星通信、無線傳感器以及空間飛行器等通信設(shè)備中。寬帶天線能夠最大程度上滿足大容量、高速度、高適應(yīng)性等信息傳輸?shù)囊螅⑶乙桓睂拵炀€有可能應(yīng)用于多種不同的通信系統(tǒng)。進而減少體統(tǒng)中天線的數(shù)量，實現(xiàn)通信系統(tǒng)的小型化。微帶天線因其加工工藝簡單，成本低，剖面低，可集成化度高等優(yōu)點有其得天獨厚的優(yōu)勢，在當今超薄化、小型化的天線要求下發(fā)揮了巨大的作用[1-4]。

本文中，提出了一種小型化的微帶寬帶全向天線。該天線結(jié)構(gòu)十分簡單緊湊，有利于集成加工以及陣列天線的設(shè)計。該天線在工作頻段內(nèi)表現(xiàn)出良好的水平全向輻射特性，并且具有較高的增益和較寬的帶寬及較小的不圓度。

2 天線結(jié)構(gòu)設(shè)計

本文設(shè)計的微帶寬帶全向天線結(jié)構(gòu)如圖1所示。該陣列天線使用的介質(zhì)板為RO4003C，其尺寸為30mm*20mm*0.813mm。該天線包含一對偶極子作為輻射單元，將傳統(tǒng)的偶極子天線轉(zhuǎn)換到一個平面上，大大縮小了天線的體積，結(jié)構(gòu)緊湊并進行了雙面設(shè)計，偶極子的兩臂分別刻蝕在介質(zhì)基板的正面和背面。該天線饋電采用側(cè)面饋電方式，天線偶極子通過基板中央的微帶線進行饋電。為了獲得更好的阻抗匹配，我們在微帶線饋電處設(shè)計了漸變巴倫結(jié)構(gòu)，很好的擴展了帶寬。通過對天線結(jié)構(gòu)和尺寸的調(diào)整，在滿足要求性能的同時，進一步減小了天線的尺寸。

3 仿真結(jié)果分析

該天線在HFSS軟件中的仿真結(jié)果如下所示。圖2所示為天線的反射系數(shù)的仿真結(jié)果。反射系數(shù)|S11|在4.83GHz到5.76GHz的頻帶范圍內(nèi)小于-10dB，相對帶寬17.5%。

該天線在5.35GHz時的輻射增益圖和3D輻射方向圖如圖3和圖4所示。從圖中可以看出，天線的輻射方向圖形狀較為穩(wěn)定。

4 結(jié)束語

本文設(shè)計了一種小型化微帶寬帶全向天線。該天線結(jié)構(gòu)簡單且緊湊，通過微帶線饋電的方式實現(xiàn)全向輻射。通過調(diào)整微帶巴倫結(jié)構(gòu)尺寸實現(xiàn)帶寬的增大，相對帶寬達到17.5%（4.83～5.76GHz）。該天線在工作頻帶范圍內(nèi)能達到的最大增益為3.2dB且輻射方向圖較為穩(wěn)定。從整體上看，該天線較好的集成了微帶天線、寬帶天線和圓極化天線的優(yōu)點，其結(jié)構(gòu)和性能在無線通信領(lǐng)域具有較好的應(yīng)用。

參考文獻

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[2]Naftali Herscovici， Zvonimir Sipus and Per-Simon Kildal， The Cylindrical Omnidirectional Patch Antenna[J]， IEEE Antennas and Propagation Society International Symposium，1997.

[3]Antonis Kalis， Theodore Antonakopoulos， Vassilios Makios，A Printed Circuit Switched Array Antenna for Indoor Communications， IEEE Transactions on Consumer Electronics， Vol.46， No，3， Aug.2000.

[4]Qiu Jinghui， Zhong Lingling， Du Hailong， Li Wei， Analysis and Simulation of Cylindrical Conformal Omnidirectional Antenna， Microwave Conference Proceedings，2005. APMC 2005. Asia-Pacific Conference Proceedings， Vol.4， Dec.2005.