雙層寬頻微帶天線的設計

摘要：微帶天線的窄頻帶特性是限制其廣泛應用的重要原因之一，因此，如何展寬微帶天線的帶寬的問題一直受到研究人員的關注。通過采用雙層多貼片及在兩貼片之間加入空氣層的結構來達到增加微帶天線帶寬的目的。此外，利用微帶線進行正交饋電，在滿足寬頻帶的同時，也實現(xiàn)了天線的圓極化。由貼片間的諧振耦合作用，該天線的頻帶展寬為11.04％(VSWR≤2)，且增益達到了5．2dB，可以在1.206～1.346G的L波段內(nèi)工作。
關鍵詞：微帶天線；雙層貼片；寬頻帶；圓極化

0 引言
微帶天線是在帶有導體接地板的介質(zhì)基片上附加導體貼片而構成的天線，采用微帶線或者同軸探針對貼片進行饋電，在貼片和接地板之間激勵起電磁場，通過貼片與縫隙向外輻射。由于微帶天線具有體積小，剖面低，重量輕，易饋電以及易與載體共形安裝等優(yōu)點，而廣泛應用于測量和通訊各個領域。但是，由于微帶天線是一種諧振式天線，高Q特性也就決定了其輸入阻抗對頻率變化很敏感，導致了貼片天線的頻帶較窄(一般頻帶的相對帶寬只有2％～5％)。
對于工作在北斗頻段的微帶天線而言，由于帶寬較窄，所以對工作頻點的準確性有很高的要求，外界環(huán)境的微小變化都有可能使得頻點發(fā)生漂移，導致天線無法正常工作，為了解決這個問題，可以擴寬微帶天線在頻點周圍的頻帶，這樣即使發(fā)生了頻點漂移，天線的工作頻點依然可以保持在天線的工作帶寬范圍內(nèi)。
針對擴寬微帶天線的頻帶問題，已經(jīng)有了很多設計方法：增加介質(zhì)基板的厚度，但這樣會引入表面波損耗；減小介質(zhì)的相對介電常數(shù)，但是會使基板的尺寸加大；增加寄生單元，同樣會使基板的面積加大；增加阻抗匹配網(wǎng)絡；縫隙耦合饋電；采用多層結構等。
本文采用在雙層貼片間加入空氣層的結構，利用兩個貼片之間的相互耦合作用，產(chǎn)生兩個相近的諧振頻率點，從而達到增加微帶天線頻帶寬度的目的。下面對該微帶天線結構、理論和仿真結構進行論述，并在最后給出了結論。

1 微帶天線的設計
1．1 雙層微帶天線的結構
微帶天線的結構如圖1所示，與傳統(tǒng)微帶天線采用同軸探針對貼片進行饋電不同，本文采用了正交微帶線對貼片進行饋電，這樣既可以避免因為同軸探針的使用而引入電感，對天線的阻抗匹配帶來不便，也可以簡單地實現(xiàn)天線的圓極化功能。兩條正交微帶線的寬度相同，均為W1。此外，從圖中可以看到，在兩個貼片之間加入了空氣層，使其起到降低介電常數(shù)的作用，從而達到增加頻帶寬度的目的。