一種小型化的負(fù)介電常數(shù)零階諧振天線
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為了進(jìn)一步證實以上仿真、等效電路模型的有效性，我們加工了該天線的實物（如圖4所示），并對天線的性能進(jìn)行了相關(guān)測試。首先，利用AV3618網(wǎng)絡(luò)分析儀對天線的反射系數(shù)（S11）進(jìn)行了測試。圖5中的測試結(jié)果顯示，天線的零階諧振工作頻點在1.9228GHz，并且反射系數(shù)也在-10dB以下，顯示了天線在該頻點的良好匹配。然后，我們利用基于AgilentEB362CPNA網(wǎng)絡(luò)分析儀和SATIMO測試系統(tǒng)的微波暗室進(jìn)行方向圖測試，其測試結(jié)果亦示于圖6。測試結(jié)果表明：在遠(yuǎn)場Z-X面上，天線的方向圖基本上趨于全向性，基本與仿真結(jié)果相符。該具有全向輻射特性的小型化、低剖面天線極其有利于運用在一些短距離控制系統(tǒng)或者家庭安全系統(tǒng)中。值得一提的是，測試結(jié)果與仿真結(jié)果發(fā)生了0.73%的頻點飄移和0.31dB的增益降低，其原因主要是由于加工誤差和實驗測試環(huán)境所致。
（a）（b）
圖6天線仿真和測試的增益方向圖（分別對應(yīng)各自中心工作頻點1.9090GHz和1.9228GHz）；（a）在Z-Y面，（b）在Z-X面
表1寄生貼片寬度天線性能的影響
寄生貼片寬度W4 (mm) | 零階諧振頻率(GHz) | 對應(yīng)電 尺寸(λ0×λ0×λ0) | 峰值 增益 (dBi) |
2 | 1.9090(S) 1.9228(M) | 0.1028×0.1028×0.00509(S) 0.1036×0.1036×0.00513(M) | -7.32(S) -7.63(M) |
4 | 1.5324 | 0.0825×0.0825×0.00409 | -9.4358 |
6 | 1.2989 | 0.0699×0.0699×0.00346 | -10.90 |
12.06 | 0.9807 | 0.0528×0.0528×0.00262 | -11.58 |
最后，我們在寄生貼片的寬度（W4）對天線性能影響的方面進(jìn)行了仿真研究和對比，其結(jié)果總結(jié)在表1中。當(dāng)W4增加時，對應(yīng)的虛擬地電容也相應(yīng)增加，從而導(dǎo)致天線的零階諧振頻率降低，同時也導(dǎo)致天線的匹配逐漸惡化（該結(jié)果也示于圖5）。這樣的話，我們要實現(xiàn)天線其它頻點的工作，還需要調(diào)節(jié)天線的匹配。從總體上來看，整個天線對應(yīng)的總體電尺寸也相應(yīng)地減小，同時也導(dǎo)致天線的Q值增大，對應(yīng)的峰值增益逐漸降低。可見，我們可以通過調(diào)節(jié)寄生貼片的寬度，來實現(xiàn)該天線在0.9807GHz-1.9090GHz整個頻段范圍的某個零階諧振工作頻點的工作。
3總結(jié)
本文介紹了一種通過加載寄生貼片，使得基于特異材料傳輸線天線小型化的方法。并通過較為數(shù)字仿真和實驗驗證，證實了該方法的有效性。最終設(shè)計出了電尺寸僅為0.0528λ0×0.0528λ0×0.00262λ0，增益為-11.58dBi的負(fù)介電常數(shù)零階諧振天線。該工作為以后工程上設(shè)計不同尺寸要求、性能指標(biāo)要求的基于特異材料傳輸線的小型化天線提供了一定的參考。
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