一种新型共面波导馈电缝隙天线-硬件和射频工程师.PDF

一种新型共面波导馈电缝隙天线 牛俊伟，钟顺时 (上海大学通信与信息工程学院，上海200072) 摘 要:本文给出了一种新型共面波导馈电的宽带缝隙天线。通过对共面波导和辐射缝 隙的连接区域进行渐变，有效的展宽了缝隙天线的阻抗带宽，并对不同渐变形式下天线的 特性进行了分析。仿真结果和实验结果吻合良好。 关键词:共面波导;缝隙天线;宽带;双频 中图分类号:TN822 文献标识码:A ANewCPW-FedSlotAntenna NIUJun-wei,ZHONGShun-shi (SchoolofCommunicationandInformationEngineering,ShanghaiUniversity,Shanghai200072) Abstract:AnewtaperedCPW-fedslotantennaispresented.Theimpedancebandwidthisgreatly increasedbytaperingtheconnectingareaoftheCPWandtheradiationslot.Thecharacteristicsof slotantennawithdifferenttaperingformsareshown.Thesimulationresultsagreewellwiththe measuredresults. Keywords:CPW;slotantenna;wideband;dualfrequency 1引言 与微带线相比，共面波导具有低辐射损耗，低色散，易于和有源器件集成等优点。越 来越多的印刷天线采用共面波导的馈电形式。 利用共面波导对天线进行馈电，主要有以下几种方式。一种常见的形式是通过电磁祸 合对天线进行馈电，当辐射元为微带贴片时，通常共面波导和辐射元位于不同的平面，[1] 和[[2]分别给出了单层和多层基板情况下利用电磁藕合对矩形微带贴片进行馈电的情况。当 共面波导和辐射缝隙置于同一金属层时，可以调整它们的间距，以实现对辐射缝隙的电磁 藕合馈电[[3]。借助巴仑可以实现共面波导和共面带线间的变换，进而可以间接对印刷振子 天线馈电[[4]。在众多的馈电方式中，最为常见的形式是将共面波导的两个槽和缝隙天线相 连[[5.7]，这种馈电方式形式简单，充分利用了共面波导的特点。将辐射缝隙渐变，可以得 到较大的阻抗带宽8【-9]0 本文给出了一种新型共面波导馈电的缝隙天线形式。在对辐射缝隙渐变的同时，对共 面波导和辐射缝隙连接处进行渐变，进一步展宽了共面波导馈电的缝隙天线的阻抗带宽， 并分析比较了不同渐变方式的效果。制作了天线模型并给出了天线反射损耗的实测结果。 2天线结构 图1给出了正方形渐变缝隙天线的示意图。采用RT/duroid6010LM基片(￡，=M8, h=0.8mm)。正方形辐射缝隙与阻抗为5012的共面波导相连，共面波导的另一端连接同 轴线。通过调节渐变区域C1和C2的长度，可以改变AB两点的坐标，采用多种函数曲线 连接AB两点，以实现共面波导和辐射缝隙间的形式多样的渐变连接，进而改变缝隙天线 的输人阻抗特性。 图1正方形渐变缝隙天线 3天线仿真与实验结果 使用AnsoftEnsemble8.0T对天线进行了仿真计算。 图2中给出了正方形渐变缝隙天线的反射损耗曲线。从图中可以看出渐变的具体尺寸对 缝隙天线的阻抗特性有明显的调节作用，但同时注意到正方形渐变缝隙天线的阻抗特性有 其自身的特点。首先固定C2的大小，变化C1。在计算频段内，当C1较小时，天线出现 了明显的双频特性。随着Cl的变大，阻抗带宽经历了从增大到减小的过程。固定C1，变 化C2。当C2的值比较小时，同样可以看到天线出现了双频特性。当Cl=11.5mm,C2=6.5mm 时，天线的一lOdB阻抗带宽为43.3%，而未渐变前，正方形缝隙天线的阻抗带宽仅为6.5%. 渐变和未渐变前天线的方向图变化很小，而且在所计算的频带内，共面波导馈电的渐变 缝隙天线具有稳定的方向图。图3中给出了当工作频率为6GHz时，天线的辐射方向图。 在所研究平面内，天线的交叉极化分量小于一20O. 使用Agilent8722ES矢量网络分析仪对这种天线的反射损耗进行了测量。从图4中可 以看到，计算值和实验值在整个频带内吻合良好。其中的误差主要由同轴线和共面波