关于宽带微带天线的设计

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1、桂林电子工业学院毕业设计（翻译译文）报告用纸第8页共8页关于宽带微带天线的设计索引：宽带微带天线.设计方案排列效率摘要：现在提出一种基于绝缘体衬底的有限长度的宽带微带天线的设计方法。这种方法快速、对计算精度要求较低，是建立在一天线进行二等分而形成的两个梯形天线的。首先设计出单边的梯形部分，然后制作出相同的另一部分并在其顶点处将其连接。与理论计算相比在X波段上实验测量表现得很好。其有效带宽达到10.6％。1介绍微带天线的主要限制是其带宽的狭窄。依照频率定义带宽其范围SWR为2:1或更少，贴片微带天线的带宽为1％到5％。现在的努力已经集中到适当的提高天线的带宽上。其中

2、一种便是天线，众所周知它设计简单，阻抗带宽宽。用严密的解决方案来分析天线将花费很长的时间才能得到完整的答案。写这篇文章的目的就是要介绍一种快速、相对准确而高效设计天线的新方法。研究宽带天线的新结构已经成为学术刊物的一个主要热点并以更大的努力持续研究。与频率有关的相对快速变化的阻抗是决定带宽的主要因素。这篇论文包涵了在频率选定上采用并联阻抗使之最大限度的和输入阻抗形成共振，并且与输入阻抗的平均幅值匹配。在这篇论文中，在X波段上一个宽带天线（以后把它称为天线1）被安放在一个121.8×111mm（＝2.2，h=0.787mm）的衬底上。天线做了如下改进：把两个相同的天

3、线通过一个互联导体连在一起，从而代替了天线两个顶点之间的连接。2设计方案通过的模拟可以看出，改进后的天线的性能是来自每一个单边天线组成的天线阵列效应。因此，首先要设计天线的一个单边。天线和及其参数由如图1所示，一个三角形构成天线的一半，从而简化了设计步骤，这一部分被设计成等边三角形，它的频率比要求的工作频率的一半稍微高一点，补偿了互联宽度c，而互联宽度c能增加天线覆盖面积因而降低了谐振频率。两个相同的部分在顶点连接起来并且与第二谐振频率相匹配。这个设计方案分为以下三个步骤。桂林电子工业学院毕业设计（翻译译文）报告用纸第8页共8页图12.1步骤1：设计单一对称振子不

4、像矩形天线和圆形天线研究得那么广泛，关于三角形天线仅仅进行了少量的研究。应用等边形是因为关于这方面研究得比较多。刚开始解决方案是根据Schelkunoff，随后结果就可以得到。在裂缝模型理论中，完全满足电磁场边界条件的TE模的谐振频率的计算公式是（1）其中m，n不同决定不同的谐振频率。在通常情况下一般选择m＝1，n＝0或m＝0，n＝1。为了说明电磁波边界效应的不定性，Helszajn和James提出并由Dahele和Lee发表了在等式1中边带长度a由等效长度ae代替。如公式（2）式中t式微带天线的厚度，由a×sin(60°)得到短臂长度l。用一台交互式计算机就可以

5、运行公式1和公式2算出任意谐振频率下的边带长度a。在Antenna1中，令f＝5.5GHz，算得a＝23.97mm，l＝20.76mm。2．2步骤2：运用制作标准文件微带天线有不同的馈电方式，常用的有微带线馈电和同轴线馈电。而二等分的设计方案如图1所示连接，但后者要与第二谐振频率相匹配。在这里，微带线馈电将被用作匹配天线1。这种馈电方法促进了阵列天线的构造。为了加速设计进程，如图1所示，通过直接在天线底部接入50欧姆的微带线源在X波段用模拟Antenna1中S11的特征曲线。短臂的长度v等于[(20.76*2)-2.4]/2=19.56mm，通过可以估算出50欧姆

6、微带线的宽度为2.4mm。u则保持在20.76mm桂林电子工业学院毕业设计（翻译译文）报告用纸第8页共8页以尽可能使天线保持。由ENSEMBLE提供的模拟S11文件将作为标准文件，在后面的MDS中用到。从模拟观察得出，在设定频带宽度时增加连接宽度c能降低输入阻抗的实部。因此，阻抗值要尽可能匹配。当阻抗达到匹配时，天线的频带将被展宽，这也是宽带天线所展现的特点。如图2和图3所示Antenna1模拟c=2.4mm，4.5mm和5.5mm时计算的频宽。在两谐振频率之间的不同的频率值可以得到不同的阻抗值，例如，在图2c=2.4mm的曲线上的A、B两点的阻抗有不同的电阻。不

7、同的阻抗值也可以通过其他c值来得出。其阻抗的实部和虚部列在表1中。图2桂林电子工业学院毕业设计（翻译译文）报告用纸第8页共8页图3表1为了在更宽的频带和更小的阻抗变化之间平衡，c值选择为5.0mm。如果提高谐振频率，则a/c也相应的增大。频率设计得越高，c的尺寸大小则只由加工工艺的制约。另一个例子在相同的Taconic衬底上，17.5GHz带宽内c取2.4mm，a/c取9.987。2．3步骤3：设计系统与HP微波相匹配从Antenna1中可以得出，平均输入匹配阻抗为22.1欧姆。因此，为了降低两截面宽度的阻抗阶越变化，微带线的两个截面用于匹配。从而天线被表示为一端

8、接设备另一