一種高性能的微帶全向天線設(shè)計(jì)與分析

圖8 天線阻抗虛部隨頻率變化曲線

圖9 頂未加載后不同W值對(duì)應(yīng)的天線S11

　　天線頂端加載λg／4短路匹配枝節(jié)后，天線上的電流分布隨之發(fā)生變化。當(dāng)波傳到天線頂端經(jīng)過λg／4單元時(shí)，產(chǎn)生90°相移，經(jīng)過短路點(diǎn)時(shí)，產(chǎn)生180°相移，再經(jīng)過λg／4地面時(shí)，又產(chǎn)生90°相移。電流經(jīng)過短路匹配枝節(jié)后，產(chǎn)生了360°的相移。經(jīng)過移相后的電流就同原來(lái)的激勵(lì)電流具有相同的相位，從而對(duì)天線起到電流補(bǔ)償?shù)淖饔?，保持了天線上電流的平衡。

　　天線的實(shí)物如圖10所示。天線采用厚度為1.5 mm，相對(duì)介電常數(shù)為2.65的介質(zhì)板，底部采用50 ΩSMA接頭饋電。在實(shí)際制作中，天線陣子長(zhǎng)度要略小于仿真長(zhǎng)度，這是由于材料的損耗引起的。一般而言，天線梯形地面的底邊長(zhǎng)λg／2，矩形貼片的長(zhǎng)略小于梯形地面的短邊長(zhǎng)。頂端的λg／4匹配枝節(jié)的長(zhǎng)度也要略小于天線工作波長(zhǎng)的1／4。

圖10 天線的實(shí)物

　　表1和圖11分別給出了兩副天線實(shí)測(cè)增益和S11的對(duì)比?？梢钥闯?，天線頂端加載短路匹配后，天線的增益提高了1～1.3 dBi。這是因?yàn)?，頂端加載短路匹配枝節(jié)后，改善了天線的阻抗匹配性能，提高了天線的輻射效率，減小了天線上能量的反射，使得每個(gè)微帶單元上所得到的輻射功率最大，充分利用了天線的口徑效率，從而提高了天線的增益。

圖11 頂端加載和頂端無(wú)加載天線實(shí)際測(cè)量

　　3 結(jié)束語(yǔ)

　　兩副天線的CST仿真結(jié)果和實(shí)測(cè)結(jié)果基本吻合。實(shí)際測(cè)試結(jié)果與仿真結(jié)果對(duì)比后發(fā)現(xiàn)，天線的實(shí)測(cè)增益均略高于由仿真軟件得到的增益，這主要是由于大地對(duì)天線的影響造成的。在天線頂端加載λg／4短路匹配枝節(jié)后，進(jìn)一步降低了天線的VSWR，提高了增益。天線實(shí)物采用7節(jié)微帶單元級(jí)聯(lián)，總高度25 cm。實(shí)測(cè)平均增益達(dá)9 dBi，如果要獲得更高增益，可以在此基礎(chǔ)上采用更多的微帶單元進(jìn)行級(jí)聯(lián)，是一種高性價(jià)比的微帶高增益全向天線。