一種分齒蝶形超寬帶天線的設(shè)計(jì)與研究

0 引言
超寬帶(Ultrawide-band)信號是指-10 dB相對帶寬大于20％或者絕對帶寬大于500 MHz的無線電信號。基于該類信號的超寬帶技術(shù)，目前已應(yīng)用于短距離高速無線通信、穿障探測、探地雷達(dá)、災(zāi)難搜救、非接觸醫(yī)療檢測、汽車防撞等領(lǐng)域。
超寬帶天線作為信號的收發(fā)裝置，直接影響系統(tǒng)的性能。目前常用的超寬帶天線形式主要包括TEM喇叭天線、雙錐天線、對數(shù)周期天線、螺旋天線、Vivaldi天線和蝶形天線等。其中平面結(jié)構(gòu)的蝶形天線(也稱領(lǐng)結(jié)形天線)，由立體的雙錐形天線演化而來，具有結(jié)構(gòu)簡單、便于設(shè)計(jì)安裝、利于低頻輻射等優(yōu)點(diǎn)，已應(yīng)用在超寬帶通信與探測領(lǐng)域。
為改善天線寬帶性能，目前基于基本蝶形發(fā)展出了多種衍生結(jié)構(gòu)。如雙蝶形結(jié)構(gòu)、電容加載的條帶狀結(jié)構(gòu)等。其中荷蘭Delft大學(xué)的A.A. Lestari與莫斯科航空學(xué)院Immoreev，I．Ya均提到了不同形式的分齒蝶形天線結(jié)構(gòu)，但對于分齒帶來的性能影響，未查閱到具體研究報(bào)道。本文以9齒蝶形為例，通過建模仿真，分析了輻射狀分齒的蝶形天線，并研究了不同分齒位置下天線駐波比的變化。研究發(fā)現(xiàn)該種結(jié)構(gòu)可以在保證一定頻段內(nèi)天線性能的同時(shí)，減輕天線重量。相對于基本蝶形天線，分齒結(jié)構(gòu)會(huì)使天線輸入VSWR在中間頻段產(chǎn)生抖動(dòng)，且抖動(dòng)頻段直接與分齒位置相關(guān)。針對300～480 MHz的頻率范圍，進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)并制作了一款分齒蝶形天線，實(shí)測顯示該天線在294～488 MHz駐波比小于2，其-10 dB帶寬194 MHz，相對帶寬達(dá)49．6％。

1 天線結(jié)構(gòu)
圖1為分齒蝶形天線的實(shí)驗(yàn)原型結(jié)構(gòu)圖。結(jié)構(gòu)參數(shù)中A，B為蝶形天線的寬與長；C為兩頁分齒位置間的距離；D為饋電端的寬度；分齒槽設(shè)計(jì)為從饋電端至末端的輻射形狀，各分齒等寬等距分布，齒寬齒距均為E，有E=A／(2n-1)，分齒數(shù)目，n=9。定義分齒比例參數(shù)為p，有p=B／C，即天線長與分齒位置間的距離的比。