宽带印刷偶极子天线设计new

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1、宽带印刷偶极子天线设计何庆强何海丹(中国西南电子技术研究所，成都610036)摘要：构建了一个宽带印刷偶极子天线，基于等效电路模型进行分析，给出了一套完整的设计计算公式。采用该方法进行设计，可一次成功，不必进行参数扫描和优化。给出的例子所得天线带宽达到54.15%，优于最新的国内外报道。关键词：偶极子，巴伦，等效电路，宽带DesignofaBroadbandPrintedDipoleAntennaHeQingqiangHeHaidan(SouthwestChinaInstituteofElectronicTechnology,Chengdu61003

2、6)Abstract:Abroadbandprinteddipoleantennaiscreated.Basedontheanalysisofequivalentcircuitmodel,aperfectdesigningcalculatedprocessisgiven.Applyingtheproposedmethod,thedipoledesigncanbesuccessfuloncetimeanddoesn’tneedparametertuneandoptimization.Thedesigneddipoleobtainsa54.15%band

3、widthandhasabetterwidebandcharacteristiccomparedwithrecentreports.Keywords:Dipole;Balun;Equivalentcircuit;Broadband图中实线部分为天线结构示意图，该天线印刷在厚1引言度为h，介电常数为ε的介质板上。印刷振子辐射r臂长为Lt，宽为Lw；振子的下底长为LH，宽为Ld。印刷巴伦偶极子天线最早研究起源于1974年[1]在振子的中间，刻有一纵向长槽，长为Lab，宽为Sw。。最近几年的研究表明：通过快速的单元模型分析[2]该天线采用标准的50欧SMA

4、馈电。计算，天线带宽可以达到18%；通过采用V形地[3]L平面，天线带宽可以达到33%以上；通过神经网络t参数优化，天线的带宽可以达到40%[4]；采用等效电()wlD()wlbb,aa,LwD′路优化结合周期性加载原理，印刷偶极子天线的带[5]SwLab宽可以达到47.8%。在这篇文章里，我们基于等效电路模型进行分L析，计算出了偶极子天线的物理参数尺寸。采用该H方法进行设计，可一次成功，无须参数优化，所得()wlff,天线的带宽可达54.15%，优于文献[1-5]给出的设计Ld结果。图1印刷偶极子天线几何结构及其参数2等效电路模型分析与设计在图1中

5、，所示虚线结构是印刷巴伦匹配电路结构，该结构可视为由两段传输线组成。它们的宽’图1给出了偶极子天线的几何结构及其参数。分别为wa和wb，长分别为la和lb，并在长槽D-D的中心处短接。位于下底端的信号输入主馈线的宽·145·为wf，长为lf。可以表示为图2给出了该天线的等效电路图。由图可知，2παβπµ=≈fγ≈（8）传输线内导体a与主馈线相连，特性阻抗为Za；传λ输线内导体b终端开路，特性阻抗为Zb；Zab是由两在式（8）中，f是工作频率，µ是磁导率，γ根传输线的外导体（接地板）构成的平衡式短路线是电导率，λ是工作波长。特性阻抗；主馈线特性阻抗为Z

6、f。根据传输线理论，基于上面的分析，可以得出如下设计步骤：①有根据偶极子辐射臂几何参数，应用公式（7）计算出ZjBbb=−Zctanθ（1）阻抗ZR；②取馈电端口阻抗Zf=Ω50，应用公式ZjABa=Zbatanθb（2）（6）计算出阻抗Za，进一步确定其微带传输线a的于是，从D-G端看进去的阻抗ZDG为尺寸(wlaa,)和信号输入主馈线的尺寸(wlf,f)；③jZZtanθRabab由(wl,)确定微带传输线b的尺寸(wl,)；④确ZjDG=−Zbctanθb（3）aabbZj+ZtanθRabab定纵向长槽阻抗Zab，进一步确定长槽的几何尺寸从而

7、有输入阻抗为(SLwa,b)；⑤根据计算的几何尺寸建模，得到所需Zj+ZtanθDGaaZZ=（4）ina的偶极子天线。Zj+ZtanθaDGaZθb3应用实例bθabFθaD′印刷偶极子刻饲在厚度为h=1mm，介电常数为ε=2.1的Teflon介质板上。印刷振子辐射臂长为rDZRZabLt=0.46λ（约为线偶极子天线的谐振长度），宽为L=0.13λ（λ是工作波长，中心频率为1.3GHz）。wZa根据公式（7）得出。GZR=Ω166.3（9）由公式（6）算出图2印刷巴伦天线等效电路模型Z=Ω91.1（10）a如果让θ==θπ2，根据公式（3）可以得

8、bab由微带线公式，可以算出与主馈线相连的传输出线段的带宽和长度分别为（wh≤2）aZ=Z（5）DGR⎡zε