一種高增益反射陣列天線設(shè)計(jì)

反射器被廣泛地用于改變天線的波瓣圖。采用一片足夠大的平板反射器，可以消除天線的背向輻射，顯著提高天線增益。文中通過選取柵格陣列天線的5個(gè)輻射單元，在其后方加一個(gè)有限大的平面反射器，然后調(diào)整天線與反射器之間的距離，使天線達(dá)到最佳效果。該天線具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、低剖面、易于共形等特點(diǎn)，同時(shí)具有高增益、低副瓣等輻射特。因而關(guān)于此類天線的輻射特性、饋電方式、數(shù)值計(jì)算等分析研究倍受矚目，在現(xiàn)代無線通信系統(tǒng)中的應(yīng)用越來越廣泛。

1 柵格陣列

柵格陣列是由柵格單元組成的陣列天線。如圖1所示，采用金屬導(dǎo)體作為矩形柵格單元，每個(gè)矩形單元長(zhǎng)為λ0/2,寬為λ0/4.該陣列平行置于接地板上，接地板到到柵格陣列的距離約為λ0/4.整個(gè)陣列的饋電很簡(jiǎn)單，用50 Ω同軸電纜的內(nèi)導(dǎo)體穿過接地板上的孔接于柵格陣列，外導(dǎo)體則焊接在接地板上。圖中箭頭表示瞬時(shí)電流分布，柵格單元的所有短邊上電流相位都保持一致，為主要輻射單元。25個(gè)主輻射單元可以實(shí)現(xiàn)增益18.1dBi.

圖1 柵格陣列基本結(jié)構(gòu)

2 天線設(shè)計(jì)

如圖2所示，天線選取柵格陣列的5個(gè)輻射單元，為使天線性能達(dá)到最佳效果，選取天線到接地板的距離為λ0/4.經(jīng)過矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的實(shí)測(cè)，天線在頻率點(diǎn)f=1 600 MHz的輸入阻抗為325.6 Ω，為實(shí)現(xiàn)與50 Ω的匹配，采用開槽線阻抗變換。另外在設(shè)計(jì)中主饋線上還要加一段長(zhǎng)為λ0/4的短路線，以起到平衡饋電的作用。

圖2 天線結(jié)構(gòu)示意圖

3 天線測(cè)試與仿真結(jié)果分析

天線加工完成后，對(duì)其主要電性能進(jìn)行了測(cè)試。天線駐波比由矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)得，而輻射方向圖和增益通過微波暗室測(cè)試系統(tǒng)測(cè)得。圖3是天線駐波比實(shí)測(cè)值，在工作頻帶1525~1660MHz,VSWR1.5,體現(xiàn)了良好的匹配特性。

圖3 天線駐波比實(shí)測(cè)圖

天線中心頻率為1 600 MHz,圖4是f=1 600 MHz天線的輻射方向圖，圖中實(shí)線代表實(shí)測(cè)值，虛線代表仿真值?？梢郧宄乜吹剑瑢?shí)測(cè)方向圖與仿真方向圖吻合良好，且方向圖對(duì)稱性較好。天線3 dB波瓣寬度為35°，通過微波暗室實(shí)測(cè)，天線最大增益可達(dá)13.3 dBi.為體現(xiàn)增益的提升，給出了f=1 600 MHz未加反射器時(shí)的天線方向圖仿真值，如圖5所示，圖中實(shí)線代表H面方向圖，虛線代表E面方向圖。從仿真值可以看出，天線在為未加反射器時(shí)的增益為10.6 dBi,充分說明加反射器后，天線增益得到了顯著提升。

圖4 f=1 600 MHz輻射方向圖

圖5 未加反射器天線輻射方向圖

4 結(jié)束語

通過選取柵格陣列天線的5個(gè)輻射單元，在其后方加一個(gè)有限大的接地板，調(diào)整接地板到天線的距離為λ0/4,設(shè)計(jì)了一種新型的高增益反射陣列天線。天線設(shè)計(jì)完成后，并對(duì)其主要電性能進(jìn)行了測(cè)試。測(cè)試結(jié)果表明，天線在工作頻帶1 525~1 660 MHz,匹配良好，在中心頻點(diǎn)1600MHz,3dB波瓣寬度為35°，最大增益可以達(dá)13.3dBi.