一种双z型双频微带天线研究和设计

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1、一种双Z型双频微带天线研究和设计摘要：设计一种双Z型缝隙结构的双频微带贴片天线，通过加载缝隙改变贴片表面电流路径的方法来实现天线的双频带，并利用电磁仿真软件HFSS13.0对天线进行仿真分析。结果表明，当回波损耗小于-10.0dB时，天线工作频段分别为2.44〜2.56GHz和4.92〜5.08GHz,且天线的相对带宽分别为4.8%和3.2%O与普通微带天线相比，该天线的带宽有很大的提高，天线的整体辐射性能良好，且结构简单易实现,所设计的双频微带天线可用于无线通信系统中。关键词：双频；微带天线；HFSS13.0

2、；回波损耗中图分类号：TN822文献标识码：A文章编号：1005-3824(2014)01-0055-040引言无线通信技术的迅猛发展和应用推动了现代通信天线向小型化、多频带、多极化的方向发展。微带天线因其特有的优点如体积小、重量轻、低剖面、能与载体共形、易于制造、成本低、便于实现圆极化、双极化和双频段等得到广泛的关注和应用[1]O微带天线的形式有很多，在诸多形式中，缝隙微带天线由于其结构简单而更具优势，在通信、雷达等领域得到了广泛的关注和应用［2］。和普通的微带天线相比，缝隙微带天线具有更宽的带宽，以及低功耗

3、、低成本、小型化、易于共形和集成等优点［3］。缝隙的形状也是多种多样，由传统的矩形槽演变成特性更好的U形槽、V形槽、E形槽等。在形状多样化的同时，缝隙微带天线的功能也日益多样化。在文献［4］中，葛林等人设计了一种“田”字型单层双频微带天线，实现了S波段和X波段天线的孔径复用；在文献［5］中，陈斌等人设计了一种单层探针馈电的双层微带天线，其2个工作中心频差较大，且方向图一致性较好；文献［6］提出的U形双频天线适合应用于移动通信，通过改变缝隙的长度和宽度，也可以使得天线的高低频率比在一定范围内调节；文献［7］给出了

4、一种倒L形双频天线，其高低频率比可在一定范围内控制。本文提出了一种新型的双Z型微带天线，该天线在结构上保持了天线结构简单、馈电方便等优点，同时也保证了天线双频工作的特点。该天线不存在其它的寄生频率，通过选择合适的尺寸即可使天线工作于相应的频率。仿真结果表明，当回波损耗小于-10.0dB时，天线工作频段分别为2.44〜2.56GHz和4.92〜5.08GHz,且天线的相对带宽分别为4.8%和3.2%,天线的整体辐射性能良好，保证了宽带和工作的性能。1天线结构与参数分析天线实现双频工作可以有多种方法：采用多层贴片，

5、带有短路探针和缝隙的矩形贴片‘inclined缝隙耦合矩形贴片，在矩形贴片辐射边附近刻蚀缝隙等［8］。本轮采用的是在单层介质基片上开对称双Z型缝隙的方法，设计了一种工作在双频段微带天线结构，如图1所示。其中：W和L分别为辐射单元的宽度和长度，AL为等效线伸长量，ee为介质等效介电常数。基板的高度h和介电常数£1•对微带天线的带宽都有影响。厚度h越大，频带会变宽，但厚度加大会使天线尺寸增大，破坏天线的低剖面，且会引起表面波的明显激励。而基板介电常数越小会使得所需要的基板尺寸越大。因此要综合考虑，选择适当的基板介电

6、常数与厚度。当微带天线主模工作时，顶部贴片上的电流仅沿一个方向变化而另一个方向近似均匀分布，如果在微带线垂直于电流流动方向上加载缝隙，原来贴片表面的电流路径被切断，电流将绕过矩形切槽流动，从而电流流动的有效长度比没有受到扰动的原电流路径增加，贴片的有效长度增加，相应的工作频率降低。本文所设计的天线采用的是50Q的同轴线进行馈电，采用的介质层为ArionAD450（相对介电常数4.5,损耗角正切0.0035）介质层的厚度为h=3mm,介质板的背面为接地板。从理论上讲，当地板宽度满足W0^W+0.2Xg时，即可将地

7、板视为无限大，然而在实际的工程应用中，接地板的尺寸应该尽可能的小，因为要考虑到天线的成本、重量和安装等多方面的因素。结合以上各种因素，天线的结构图如图1所示，表1为天线的各项参数值。3结论如今通信技术和信息技术飞速发展，信号隔离度不好是造成通话质量差的主要问题之一。若采用单个天线分时隙工作于2个或多个频段，则可避免信号间的相互耦合，既可以节约成本，又能保证信号的质量。本文在矩形微带辐射贴片的基础上，提出了一种双Z型缝隙微带天线结构来实现微带天线的双频工作。通过利用HFSS仿真软件对天线的长度、宽度、缝隙长度、馈

8、点位置等影响天线性能的参数进行了相应的优化分析，设计出了一种工作于2.50GHz和5.00GHz的双频微带天线。通过仿真分析表明，与传统的单元微带天线相比，天线的回波损耗小，分别达到-29.58dB和-21.61dB,且其相对带宽也分别达到了4.8%和3.2%,同时中心频率为2.50GHz的最大增益达到了5.354dB,天线双缝隙宽度对天线的性能基本没影响。与普通微带天线相比，加载双Z