X波段寬帶微帶陣列天線設(shè)計

　　2.3 寬帶同軸線-帶狀線轉(zhuǎn)換器的設(shè)計

　　由于天線單元采用帶狀線進(jìn)行饋電，而陣列天線的終端接口要求為SMA接頭，因此需要設(shè)計寬帶同軸線-帶狀線轉(zhuǎn)換器。圖4為本設(shè)計中應(yīng)用的一種新型的轉(zhuǎn)換器。該器件便于在多層微帶結(jié)構(gòu)中使用，可與雙層微帶天線采用相同工藝整體制備。通過將同軸探針與帶狀線末端利用過孔直接相連，并在轉(zhuǎn)換處去掉適當(dāng)大小的帶狀線上層地板，可以很好地實現(xiàn)同軸線-帶狀線間的寬帶轉(zhuǎn)換。采用ANSYS HFSS進(jìn)行仿真設(shè)計，圖5為這種轉(zhuǎn)換器的仿真結(jié)果?？梢娺@種轉(zhuǎn)換器在8~11GHz的頻帶范圍內(nèi)保證了很低的回波損耗特性和插入損耗特性。

　　(a)側(cè)視圖

　　(b)俯視圖

　　圖4 寬帶同軸線-帶狀線轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)圖

　　3 仿真與測試結(jié)果

　　基于前期的設(shè)計與仿真優(yōu)化結(jié)果，加工了天線實物，進(jìn)行了電壓駐波比、增益以及方向圖的測試。圖6為天線實物照片;圖7為電壓駐波比的仿真與測試對比曲線;圖8為工作頻帶內(nèi)天線增益的仿真與測試對比曲線;圖9為中心頻率主平面方向圖的仿真與測試對比曲線。

　　(a)插入損耗仿真結(jié)果

　　(b)回波損耗仿真結(jié)果

　　圖5 寬帶同軸線-帶狀線轉(zhuǎn)換器仿真結(jié)果

　　圖6 天線實物

　　圖7 電壓駐波比的仿真與測試對比曲線

　　圖8 增益的仿真與測試對比曲線

　　(a)E面

　　(b)H面

　　圖9 中心頻率主平面方向圖仿真與測試對比曲線

　　通過分析仿真與測試結(jié)果可知：天線的阻抗帶寬可達(dá)18%，仿真與測試曲線吻合良好。在工作頻段內(nèi)，測試增益大于22dBi，副瓣電平優(yōu)于-18dB，較仿真結(jié)果略差，但曲線整體趨勢相同。這是由于天線在建模與仿真過程中，邊界條件設(shè)置過于理想，而實際的天線加工精度、平整度、介質(zhì)的均勻性以及天線邊緣繞射效應(yīng)等影響沒有考慮進(jìn)去造成的。

　　4 結(jié)論

　　本文設(shè)計了一種X波段寬帶微帶陣列天線，并給出了基本設(shè)計流程。通過對天線單元、陣列和饋電轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的設(shè)計，使天線具有寬帶和較低副瓣的特點(diǎn)。仿真與測試結(jié)果吻合好，天線的阻抗帶寬可達(dá)18%，工作頻帶內(nèi)增益大于22dBi，副瓣電平優(yōu)于-18dB。該天線在高性能寬帶無線系統(tǒng)當(dāng)中有較好的應(yīng)用前景。