超寬帶檢測系統(tǒng)中的小尺寸陣列天線設(shè)計

　　摘要：本文介紹了一款小尺寸超寬帶平板天線的設(shè)計及其陣列排布。天線采用四分叉形狀發(fā)射極子，底部接地板開矩形槽的結(jié)構(gòu)，有效調(diào)節(jié)天線的輻射方向和帶寬。經(jīng)仿真測試，天線滿足超寬帶檢測系統(tǒng)中要求的5GHz~7GHz帶寬。并將尺寸縮減到16mm×16 mm，易于陣列集成。

　　引言

　　超寬帶無線檢測技術(shù)的飛速發(fā)展帶來了無損檢測的又一次進(jìn)步。超寬帶無線數(shù)據(jù)的傳輸速度更快，數(shù)據(jù)包含信息量更大，功耗更低，設(shè)備成本更低，保密性更強(qiáng)，穿透性更好，這些優(yōu)點(diǎn)是常規(guī)無線檢測技術(shù)不具有的。性能良好的超寬帶天線是確保檢測可靠性、高速性以及抗干擾性良好的關(guān)鍵，天線的設(shè)計成為超寬帶無線檢測技術(shù)的重中之重。

　　為了滿足與射頻電路等高速電路集成的條件，天線的小型化設(shè)計成為關(guān)鍵，小尺寸微帶單極槽隙天線易于調(diào)節(jié)阻抗帶寬，它能方便地同高速電路集成，滿足設(shè)備高集成度，低功耗的要求。多數(shù)檢測系統(tǒng)需要多天線集成為陣列以提高檢測精度和降低檢測次數(shù)，天線陣列一次檢測即可獲得多組檢測數(shù)據(jù)，經(jīng)微型計算機(jī)處理后可快速提交檢測結(jié)果，但是天線陣列中各個天線會互相串?dāng)_，影響檢測精度。調(diào)節(jié)單個天線的輻射性，使其輻射方向不互相重疊可大幅降低天線間的串?dāng)_。為此必須設(shè)計一款超寬帶天線，在滿足帶寬條件的同時提高天線在正向和背向的輻射強(qiáng)度，相應(yīng)降低天線的側(cè)向輻射強(qiáng)度。

　　天線結(jié)構(gòu)

　　天線基板的選擇

　　天線基板材料和厚度的選擇對超寬帶平板天線的帶寬影響較大，天線基板越厚，天線的寬帶性能越好，但是厚度的增加使天線難以集成。本天線選用1mm厚，介電常數(shù)為4.4的FR-4材料作為介質(zhì)基板，該材料造價低，性能穩(wěn)定，是傳統(tǒng)PCB板的材料。選用PCB板作為天線基板，天線可以直接印制在PCB板上，經(jīng)過布線后可以方便高速地與芯片互聯(lián)，使檢測系統(tǒng)體積有效縮小?；逍螤钸x擇正方形，方便緊密排列成陣列形式，尺寸為16mm×16mm，詳見圖1的天線側(cè)視圖?！　?/p>

　　天線輻射單元及接地板設(shè)計

　　天線的輻射單元設(shè)計主要影響天線的輻射方向和帶寬，本天線使用類似“T”字形極子有效地減弱天線的側(cè)向輻射，既降低天線陣列之間的相互串?dāng)_，又確保天線在正向和背向增益高，穿透力強(qiáng)。