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1、用于WiMAX宽波束天线的研究王南龚书喜张鹏飞杨红玉(西安电子科技大学天线与微波技术国家重点实验室，西安710071)摘要：本文提出一种新型宽波束天线，可以使两个主辐射面半功率波束宽度分别展宽到E面128°和H面105°o该天线工作在WiMAX(3.4-3.7GHz)频段内，增益均高于4.7dB。天线尺寸为28mm*43.2mm,地板使用半径80mm圆形平面结构。关键词：宽波束天线环天线InvestigationofWideBeamAntennaforWiMAXWangNanGongShuxiZhangPengfeiYangHongyu(Nati
2、onalKeyLaboratoryofAntennasandMicrowaveTechnology,XidianUniversity,Xi'an710071)Abstract:Inthispaper,anovelstructureisproposedforwidebeam.Thebeamwidthsare128°and105°inEplaneandHplane,respectively.TheantennaworksforWiMAX(3.4-3.7GHz).Thegainishigherthan4.7dBintheband.Theantennah
3、asasizeof28mm*43.2mm,withacircleofradius80mmastheground.Keywords:Widebeamwidth,loopantenna随着无线通信技术的发展，对结构简单制作容易、轻便易携带的天线需求越来越高。3G技术的应用，4G技术的进一步发展，同时也提高了对数据传输距离速度的要求，其中802.16W1MAX协议满足中等距离(1000-5000m)＞速度大于70Mbps宽带通信。在移动通信中，需要宽波束天线来适应旋转等天线位置的变动。而传统的宽波束天线一般通过排阵或改变地板形状⑴2】来实现，本文提出一
4、种简单的天线结构，该天线制作在尺寸较小的介质板上，地板使用平面结构即可实现宽波束要求。2天线设计本文设计的天线使用正而和背而两个辐射部分，从中间引入双线馈电，这样可以使馈电简单。辐射部分使用两个大小不等线宽相同的圆环并馈馈电，馈电点开合适缺口。本文使用HFSS软件仿真,通过改变圆环中心距地板距离调节波束宽度。适当降低天顶方向增益，使得波束向±60°方向展宽。使用大圆环并馈小圆环结构可提高增益。地板选取半径为60mm的圆形铜片。通过仿真优化天线尺寸满足设计要求。天线具体尺寸：R1=2.7mm,R2=9.3mm,d2=0.5mm,theta=32°,
5、h3=14mm,h4=l6.5mmo介质板选取£r=2.65,厚度1mm,hl=28mm,b4=43.2mmo天线巴伦部分选取渐变巴伦并引入匹配枝节，巴伦的底部与50欧姆的同轴线相匹配连接。背面模拟地板，正而进行阻抗变化。通过调节巴伦渐变线的长度和枝节参数进行阻抗匹配。巴伦的介质板与天线介质板相同,巴伦参数bl二2.8mm,b2=15mm,h2=5mm,b3=5.8mm,d1=1mm,h5=0.7mm。天线实物图如图5、图6所示，图5为天线正曲,图6为天线反面。本文设计的天线制作工艺简单，采用平而地板即可展宽波束实现设计要求。整体结构简单，并可实
6、现较高增益。2.4-222.0-simulatedmeasured3仿真测试结果中心频率3.55GHz仿真增益方向图如图2所示,*=0°而即E而半功率波束宽度128°,*=90°而即H面半功率波束宽度105°,交叉极化低，满足设计要求。增益在天顶即8=0°时5.1dB,增益在土30°时7.1dBo即降低天顶增益,展宽了波束。.8.611Frequency(GHz)Gain(dB)10n3300-5-1015-20-25-3025-2015-10-50510—。一phi=0co30_•_phi=Oxp—phi=90xp・—phi=90co60180
7、图2增益方向图图4驻波仿真®实测图各个频点的方向图均如图2,变化不大。天顶方向增益随频率的变化关系曲线如图3所示，在3.4-3.7GHZ频段内均大于4.7dB。驻波测试使用Agilent8719ES矢量网络分析仪，仿真和实测的驻波曲线如图4所示，吻合较好，在要求频带内均小于2,实现了阻抗兀配。驻波带宽为9%,满足设计频段盂要。图5天线正面视图图6天线背面视图4结论(apc-e©.7.6S43.2.155555555.0本文采用新的天线模型实现波束展宽，E而H面半功率波束宽度分别展宽为128°和105°,交叉极化低。在WiMAX(3.4-3.7GH
8、z)频段内，增益均大于4.7dBo天线、地板结构和馈电形式简单，易于加工排阵。4.8353.403.453.503^53.603.653
