一種新型S波段寬帶圓形貼片天線的設(shè)計(jì)

摘要：采用HFSS11電磁場(chǎng)仿真軟件設(shè)計(jì)和仿真了一種工作于S波段的新型寬帶圓形微帶貼片天線。天線采用聚四氟乙烯和空氣兩層介質(zhì)，通過同軸探針頂部加載圓形金屬電容片來對(duì)輻射貼片進(jìn)行耦合饋電，由此補(bǔ)償探針引起的電感；同時(shí)，在圓形貼片上開圓弧形縫隙，以生成第二個(gè)諧振點(diǎn)，從而進(jìn)一步增大帶寬。結(jié)果表明，天線的阻抗帶寬達(dá)到了38％(VSWR2)，并且在帶寬內(nèi)天線的輻射方向圖基本保持穩(wěn)定。
關(guān)鍵詞：寬頻帶；圓形貼片天線；電容補(bǔ)償；圓弧形縫隙

0 引言
微帶天線是在帶有導(dǎo)體接地板的介質(zhì)基片上貼加導(dǎo)體薄片而形成的天線，它具有剖面薄，體積小，重量輕，容易實(shí)現(xiàn)多頻段等優(yōu)點(diǎn)。但微帶天線有其固有缺陷，即寬帶比較窄，一般只有5％左右。因此，展寬微帶天線的帶寬具有十分重要的意義。目前，隨著微帶天線的應(yīng)用越來越廣，對(duì)于如何展寬天線的帶寬已經(jīng)出現(xiàn)了很多有效的方法，其基本方法有以下幾種：
(1)增大微帶介質(zhì)的厚度；
(2)降低微帶介質(zhì)的介電常數(shù)；
(3)采用有耗介質(zhì)；
(4)附加阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)等。
前兩種方法制作起來比較簡(jiǎn)單，容易加工；第三種方法以天線增益的降低為代價(jià)；第四種方法需要設(shè)計(jì)寬帶匹配電路，電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制作難度大。
本文設(shè)計(jì)了一種新型天線，該天線采用較厚的空氣層與較薄的聚四氟乙烯雙層介質(zhì)，在前兩種方法的基礎(chǔ)上又利用金屬電容片補(bǔ)償同軸探針饋電時(shí)所引入的電感，同時(shí)在輻射貼片上開縫形成雙峰諧振，進(jìn)一步拓展了天線的帶寬。文中對(duì)本天線，采用同軸探針直接饋電的天線與僅采用電容補(bǔ)償饋電的天線的帶寬進(jìn)行了比較。對(duì)微帶天線進(jìn)行計(jì)算與仿真，調(diào)節(jié)圓弧形縫隙的位置與長(zhǎng)度，可以使單個(gè)圓形貼片的阻抗帶寬在S波段內(nèi)達(dá)到38％甚至更高，滿足了現(xiàn)代通信對(duì)天線帶寬的要求。

1 微帶天線的模型結(jié)構(gòu)
微帶貼片天線的模型結(jié)構(gòu)如圖1和圖2所示，輻射貼片與接地板之間的介質(zhì)由兩部分組成，下層為空氣介質(zhì)，其厚度為h1，上層是聚四氟乙烯，厚度為h2，并且h1遠(yuǎn)大于h2，這樣的組合既可以增大介質(zhì)層的厚度，又可以等效降低相對(duì)介電常數(shù)。