低剖面宽带开槽微带天线的研究与设计.docVIP

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。实验表明该天线VSWR≤2带宽可以达到传统矩形贴片的3倍。 关键词：低剖面，宽带，开槽天线 Analysis and Design of Low-profile Broadband Micro-strip Antenna with Bent Slots Yuan Qing rui (China Research Institute of Radiowave Propagation, Chengdu Sichuan 610036, China) Abstract：In this paper, a new low-profile broadband micro-strip antenna with slots is presented. The antenna is printed on the FR4 substrate((r=4.4) of thickness 0.011(. A wide operating bandwidth can be obtained by embedding a pair of symmetric bent slots inside the patch and inserting an inset micro-strip line section at the patch edge as an integrated reactive load to excited three closely excited resonant modes. Adjusting the slots and the micro-strip’s location and length, a wider bandwidth can be achieved. Results show that the operating bandwidth（VSWR2）is 3 times that of a traditional rectangular micro-strip antenna. Keywords: Low-profile; Broadband; Slotted antenna 1 引言 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，沿贴片的边缘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 如所示，。 3.2 参数L3分析 图3 不同L3值天线回波损耗仿真结果 如所示，。 值（mm） 贴片长度L 62.5 贴片宽度W 50 槽缝长度L1 10.5 槽缝长度L2 60.5 微带线长度L3 39 微带线距离底边长度L4 1 馈电位置L5 41.75 间距W1 3 间距W2 1 微带线宽度W3 2 槽缝宽度Ws 1 实测的S11如图4所示，相对带宽为6.6%（中心频率1.12GHz），而采用相同的介质板和同等大小的矩形微带贴片，其相对带宽为2.2%（中心频率1.12GHz），可以看出本文的宽带开槽天线的带宽是同等大小的传统矩形贴片的3倍。 图4 实测天线回波损耗结果 实测辐射方向图如图5所示，带宽内天线的方向图一致性较好，没有发生畸变，交叉极化在-15dB以下。 E面方向图 H面方向图 （a）f=1095MHz E面方向图 H面方向图 （b）f=1132MHz E面方向图 H面方向图 （c）f=1155MHz 图5 宽带开槽