一種寬頻帶印刷縫隙天線

　　摘要：通過(guò)對(duì)花瓣形天線和單極子天線的研究，設(shè)計(jì)了一款超小型印刷縫隙天線，該天線的工作頻寬為4.8~31.5GHz，基本覆蓋SHF頻段。在此頻段該天線具有穩(wěn)定的增益，且波形保真特性良好。該天線尺寸小，成本低，且易于與其他電路集成，是無(wú)線通信收發(fā)天線的一個(gè)很好的選擇。

　　引言

　　目前，無(wú)線通信得到了越來(lái)越為廣泛的應(yīng)用。而3~30GHz的SHF頻段在無(wú)線通信中也扮演著極其重要的角色，該頻段幾乎包括了C、X、Ku、K、Ka等微波波段，并且也覆蓋了UWB(3.1~10.6GHz)頻段。

　　SHF頻段在雷達(dá)、DSO衛(wèi)星以及數(shù)據(jù)通信等方面都有非常重要的應(yīng)用，而這些應(yīng)用中一個(gè)必不可少的組成部分就是終端用于收發(fā)信號(hào)的天線。資料顯示，最適合衛(wèi)星通信的頻率是1~10GHz頻段，即微波頻段、為了滿足越來(lái)越多的需求，研究人員已開始研究應(yīng)用新的頻段，如12GHz，14GHz，20GHz及30GHz。因此，設(shè)計(jì)出多頻段衛(wèi)星通信終端天線將成為此類天線設(shè)計(jì)的一個(gè)趨勢(shì)。

　　另外，此頻段也將應(yīng)用于平流層信息平臺(tái)固定業(yè)務(wù)。相關(guān)資料顯示，1997年ITU通過(guò)把47~48GHz頻段，寬為600MHz的頻帶分配給平流層信息平臺(tái)固定業(yè)務(wù)使用。這個(gè)頻段的特點(diǎn)是波長(zhǎng)短，天線尺寸小，但雨雪衰減大。在亞洲，由于受雨雪衰減的影響，可以用28~31GHz頻段代替47~48GHz頻段。另外，美日等有關(guān)機(jī)構(gòu)也都在致力于為平流層通信爭(zhēng)取其他頻段，如2、10、20、30GHz等。這些頻段的天線將會(huì)克服47~48GHz頻段天線的一些缺點(diǎn)。

　　但是，目前現(xiàn)有的該類天線的貼片輻射單元多采用菱形，方形或水滴形的貼片輻射單元的設(shè)計(jì)方案，但方形、菱形貼片存在阻抗帶寬相對(duì)較窄，雨滴形貼片存在方向圖主瓣在頻率高端的分瓣現(xiàn)象。

　　本文所提出的天線結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，尺寸小，剖面低，成本便宜，易于加工并可集成到無(wú)線電系統(tǒng)內(nèi)部。阻帶帶寬和方向圖帶寬足夠?qū)?，可達(dá)到4.8~31.5GHz，增益穩(wěn)定，可用作多頻段衛(wèi)星通信終端天線，較之前提出的陣列天線尺寸更小。天線的阻抗帶寬除3.1~4.8GHz外，覆蓋了UWB頻段，所以該天線也可用于民用超寬帶(UWB)通信以及短距離無(wú)線通信。

　　寬頻帶天線分析

　　通過(guò)對(duì)花瓣形天線和單極子天線進(jìn)行研究，可以發(fā)現(xiàn)，花瓣形天線展寬了工作帶寬，獲得了良好的駐波比特性和方向圖主瓣特性，完成了寬頻帶設(shè)計(jì)，采用類似花瓣形貼片輻射單元，通過(guò)貼片弧度的改變，一定程度上彌補(bǔ)了菱形貼片阻抗帶寬較窄和雨滴形貼片方向圖主瓣在頻率高端的分瓣現(xiàn)象，可以優(yōu)化配置駐波比與方向圖主瓣間的性能。

　　而單極子天線在無(wú)線通信領(lǐng)域都有非常廣泛的應(yīng)用，如機(jī)載和地面通信系統(tǒng)。一個(gè)相對(duì)于完純導(dǎo)電地面饋電的單極子的輻射功率，只有類似的自由空間偶極子輻射功率的一半，因?yàn)楣β史植挤绞较嗤挥邪肟臻g。而且，完純導(dǎo)電地平面上面的單極子的波束立體角只有自由空間中相應(yīng)偶極子的一半，導(dǎo)致方向性加倍。方向性的增加并非由于輻射強(qiáng)度的增加，而是由于平均輻射強(qiáng)度的增加，這是因?yàn)閱螛O子的輻射功率僅僅是偶極子輻射功率的一半。因?yàn)閱螛O子的長(zhǎng)度是由波長(zhǎng)的四分之一或略短，所以在低頻段，單極子的物理長(zhǎng)度可能會(huì)很長(zhǎng)，但是，在較高頻段，單極子的尺寸將會(huì)變得很小，這對(duì)于制作超小型天線提供了有力的條件。

　　單極子天線的饋電方式有很多種，許多單極子天線通過(guò)印刷傳輸線進(jìn)行饋電，如微帶線饋電和共面波導(dǎo)饋電，其特點(diǎn)是易于同其他電路進(jìn)行集成，因此得到越來(lái)越多的應(yīng)用。