非交叉饋電的印刷對數(shù)周期天線的頻域特性

4實驗結(jié)果

根據(jù)仿真所得到的天線參數(shù)制作了一個天線樣機（圖6），并在微波暗室內(nèi)用AgilentE8363B型矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀進行了測試，測試內(nèi)容包括反射系數(shù)、方向圖和增益，測試結(jié)果列于圖7-圖9及表2中。測試結(jié)果表明，天線在3.1-10.6GHz的頻率范圍內(nèi)的反射系數(shù)低于-10dB，與仿真所得到的3.23-9.84GHz略有差異；增益測試結(jié)果比仿真結(jié)果要小1dB；方向圖的測試結(jié)果在主瓣范圍內(nèi)與仿真結(jié)果相差不大，而副瓣相差較大。總體來說，天線滿足UWB通信的技術(shù)指標(biāo)。造成實驗結(jié)果和仿真結(jié)果差異較大的原因是：（1）印刷基片采用的是普通的FR-4型板，這種材料的損耗是較大的，其損耗正切約為10-2量級，遠大于常用的Rogers系列的材料（10-4量級），所導(dǎo)致的能量損耗會使得天線的反射系數(shù)和增益下降；（2）天線焊接的影響以及天線方向圖測試夾具的影響會影響天線方向圖副瓣電平的測試結(jié)果，并且FR-4材料的不穩(wěn)定性也會影響天線方向圖的測試結(jié)果。

（a）天線樣機圖 （b）饋電結(jié)構(gòu)圖

圖6天線樣機及平衡饋電結(jié)構(gòu)圖

圖7天線反射系數(shù)測試結(jié)果

（a）4GHz （b）6GHz （c）9GHz

圖8天線方向圖仿真結(jié)果

（a）4GHz （b）6GHz （c）9GHz

圖9天線方向圖測試結(jié)果

表2天線增益

在天線樣機的制作中，需要注意的是SMA同軸接頭饋電的平衡-不平衡轉(zhuǎn)換問題，文中對于SMA接頭的焊接如圖6（b）所示，同軸接頭與集合線的焊點是一個漸變的圖形，這樣就可以使給印刷對數(shù)周期天線饋電的結(jié)構(gòu)為同軸線-漸變準(zhǔn)微帶線-集合線（平衡微帶線），從而使饋電達到平衡。

5結(jié)論

提出了一種非交叉饋電的印刷對數(shù)周期天線，通過軟件仿真分析了天線金屬的表面電流，解釋了天線具有超寬頻帶的原因；并且根據(jù)表面電流的仿真結(jié)果，提出了與該印刷型對數(shù)周期天線具有等效輻射特性的獨立饋電的對稱振子天線陣列模型，解釋了天線的輻射特性。實驗結(jié)果表明，該天線可以工作于3.1-10.6GHz的頻率范圍內(nèi)，工作頻帶內(nèi)的增益典型值為6dB，可以應(yīng)用于UWB領(lǐng)域，另外，該天線所采用的非交叉饋電以及從長振子一側(cè)饋電的方法可以不引入同軸線，因此可以廣泛適用于毫米波以及集成電路系統(tǒng)中的天線設(shè)計領(lǐng)域。