改進(jìn)杠鈴形超寬帶天線(xiàn)

　　近來(lái)許多研究集中在分形天線(xiàn)，分形天線(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)如尺寸小、重量輕、厚度薄正好滿(mǎn)足手持設(shè)備的要求，采用分形概念是天線(xiàn)原理與設(shè)計(jì)很有前景的研究方向之一，許多研究者對(duì)分形天線(xiàn)做出了積極的研究，如帶有分形雙枝樹(shù)縫隙的雙波段開(kāi)槽共面波導(dǎo)饋電天線(xiàn)，采用分形概念的樹(shù)形超寬帶天線(xiàn)和超寬帶杠鈴形天線(xiàn)，Sierpinski分形天線(xiàn)和snowflake分形天線(xiàn)等。這些天線(xiàn)通過(guò)采用不同結(jié)構(gòu)的分形特性，能得到更好的阻抗匹配帶寬和輻射方向圖。

　　本文在超寬帶杠鈴形天線(xiàn)基礎(chǔ)上，提出了一種改進(jìn)措施，從而獲得更好的阻抗帶寬，天線(xiàn)采用部分接地技術(shù)和分形概念。

　　1 天線(xiàn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

　　杠鈴形及改進(jìn)的杠鈴形超寬帶天線(xiàn)結(jié)構(gòu)如圖1和圖2所示，圖中給出了天線(xiàn)的頂視和側(cè)視圖，輻射單元長(zhǎng)度為Wo，寬度為L(zhǎng)o，饋線(xiàn)寬度Wf，長(zhǎng)度為L(zhǎng)f，輻射單元蝕刻在FR4基板上(厚度h=1.5mm，εr=4.4)，基板尺寸為L(zhǎng)sub×Wsub，天線(xiàn)背面有部分接地面，尺寸為L(zhǎng)g×Wsub。改進(jìn)的杠鈴形超寬帶天線(xiàn)是在圖1結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上蝕刻出臺(tái)階形缺口，對(duì)應(yīng)缺口的尺寸為W1，W2，…，W5和L1，L2，…，L5，天線(xiàn)輻射單元位于x-y平面，輻射單元厚度方向?qū)?yīng)x-z平面。

2 天線(xiàn)仿真

　　按照?qǐng)D1和圖2尺寸采用HFSS 10.0進(jìn)行了仿真，回波損耗仿真結(jié)果如圖3所示?？梢钥闯鰣D2的回波損耗低于圖1，圖2天線(xiàn)回波損耗小于-10 dB帶寬為72.6%(3.48～7.45 GHz);按照?qǐng)D2結(jié)構(gòu)加工出改進(jìn)的杠鈴形超寬帶天線(xiàn)，饋電采用50 Ω同軸側(cè)饋，回波損耗實(shí)測(cè)結(jié)果如圖3所示，回波損耗小于-10 dB，帶寬為74.7%(3.45～7.56 GHz)。

　　圖4和圖5分別為圖1，圖2結(jié)構(gòu)時(shí)天線(xiàn)在x-z，y-z平面方向圖(對(duì)應(yīng)頻率4 GHz，5 GHz和6 GHz)，可以看出兩種結(jié)構(gòu)的天線(xiàn)Eθ基本重合，而Eφ的大小在-20～-15 dB以下，從圖中可看出兩種結(jié)構(gòu)天線(xiàn)方向圖基本一致。

　　從圖4和圖5方向圖可以看出，在z軸(θ=0°)和-z軸(θ=180°)近似為零點(diǎn)，而最大輻射方向不在θ=90°方向。

　　圖6為對(duì)應(yīng)頻率f=4 GHz，6 GHz時(shí)的三維方向圖及加工的實(shí)物照片，頻率為5 GHz及4 GHz時(shí)方向圖相似，頻率為4 GHz時(shí)，增益為3.47 dB，頻率為6 GHz時(shí)，增益為3.15 dB。

　　3 結(jié)論

　　提出了一種改進(jìn)的杠鈴形超寬帶天線(xiàn)，通過(guò)在杠鈴形天線(xiàn)上增加階梯形缺口，使天線(xiàn)回波損耗更小，而天線(xiàn)方向圖與原杠鈴形天線(xiàn)基本一致，實(shí)測(cè)結(jié)果表明，改進(jìn)的杠鈴形超寬帶天線(xiàn)回波損耗小于-10 dB，帶寬達(dá)74.7%(3.45～7.56 GHz)。