一種高性能的微帶全向天線設(shè)計(jì)與分析

　　微帶交叉陣子天線同COCO天線具有相似的結(jié)構(gòu)和相同的工作原理，因而它們具有相似的等效電路。圖2所示為微帶天線，每個(gè)微帶單元的等效電路如圖4所示，其中，R為等效輻射電阻；C為等效電容；L為等效電感。L包括微帶單元本身的電感和加載的電感。它們組成一個(gè)RLC諧振電路。在天線沒有加載矩形貼片之前，其特性阻抗呈現(xiàn)較大的容抗，因此，通過調(diào)整矩形貼片的寬度，改變加載電感的大小，以求得最佳的S11。

圖3 頂端加載短路匹配枝節(jié)的微帶交叉陣子天線示意圖

圖4 頂端未加載短路枝節(jié)時(shí)的天線的等效電路

　　圖5給出了不同值時(shí)天線的S11。經(jīng)過優(yōu)化，當(dāng)w=6時(shí)，此時(shí)的天線具有最佳的匹配性能。這時(shí)天線S11在帶內(nèi)-15 dB。

圖5 頂端未加載時(shí)不同W值對應(yīng)的天線S11

　　為了進(jìn)一步減小天線的能量反射，改善天線的輻射特性，在天線頂端加載了λg／4短路匹配枝節(jié)，此時(shí)天線結(jié)構(gòu)如圖3所示。在天線頂端進(jìn)行加載后，每個(gè)微帶單元的等效電路如圖6所示，相當(dāng)于在微帶單元上并聯(lián)了一個(gè)導(dǎo)納。其中，R1為該微帶單元的等效輻射電阻；C1為等效電容；L1為等效電感；Y為頂端短路枝節(jié)的等效導(dǎo)納。

圖6 頂端加載后天線的等效電路

　　短路匹配枝節(jié)的導(dǎo)納Y對整個(gè)天線的阻抗匹配起到調(diào)節(jié)作用。從Smith圓圖得知，天線頂端未加載λg／4短路匹配枝節(jié)時(shí)，在2 400～2 483.5 MHz，天線阻抗的實(shí)部介于37～46 Ω之間，加載匹配枝節(jié)后，天線特性阻抗的實(shí)部在47～58 Ω之間。而且天線阻抗的虛部也有明顯的變化，在要求頻帶內(nèi)，其值更接近于0。圖7和圖8給出了兩副天線由CST仿真軟件得到的阻抗實(shí)部和虛部隨頻率變化曲線。從圖中可以看出，天線頂端加載λg／4短路匹配枝節(jié)后，天線阻抗實(shí)部明顯增加，虛部也比未加載時(shí)有減小。圖9給出了頂端加載短路匹配枝節(jié)后不同w對天線S11的影響。從圖中可知，當(dāng)w為6時(shí)，在要求頻帶內(nèi)，天線的S11-20 dB。

圖7 天線阻抗實(shí)部隨頻率變化曲線