一種串饋微帶全向陣天線的仿真研究

樊文生

(海司信息化部 北京 100841)

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一種串饋微帶全向陣天線的仿真研究

樊文生

(海司信息化部 北京 100841)

論文對串饋微帶全向陣天線的幾種不同結構進行了仿真研究。闡述了它們各自的電氣特性,并進行了比較,旨在對這種天線的工程設計提供理論指導。

微帶; 全向天線

Class Number TN82

1 引言

全向高增益天線一直是集群通信和移動通信的重要應用的天線。隨著現代通信技術的發展,集群通信和移動通信頻率向更高的頻段發展,在更高的頻段,波長很短,這時若采用傳統的串饋式交叉同軸線天線(COCO天線)等天線,尺寸等比縮小太多,尤其是橫向尺寸,機械加工和結構性能難以滿足要求,實現高增益全向天線已很困難;波導縫隙全向天線結構復雜,加工費用高,調試困難。微帶全向天線與之相比具有多種優點,例如,結構簡單,整個天線輻射體僅為一片微帶片,加工成本低,重量也較輕;加工工藝可采用光繪一次成型,加工一致性好、性能穩定,便于批量生產;匹配容易,對每一節輻射元都進行阻抗調配后,可直接饋電(COCO天線必須采取單支節匹配等措施),并可一次性印制在電路板上;由于加工精度很高,可以應用于高達Ku波段;易于和其他有源電路集成在一起。

本文旨在提高微帶全向天線H面方向圖不圓度特性,而不單一注重天線增益特性;旨在提高微帶全向天線的輻射帶寬和阻抗帶寬,而不單一注重一個方面。通過對幾種不同結構進行仿真研究和比較,可以為這種天線的工程設計提供理論指導。

2 串饋微帶全向陣天線的結構

串饋微帶全向陣天線和COCO天線的結構如圖1所示。把一段微帶傳輸線的接地板看成電纜的外導體,饋把導帶看成電纜的內導體,不難看出它們具有相似的結構。該微帶全向天線是由多個λg/2的微帶段級聯而成,微帶線段的地板和導帶在介質基片的兩邊交替放置,利用交叉連接來達到倒相的目的。由于交叉連接點的不連續性形成了輻射,使得這種結構存在著兩種模式,即傳輸模和輻射模。對于傳輸模則對陣列的各輻射體饋電。

(a) COCO天線的結構

(b) 串饋微帶全向陣天線的結構

圖1 串饋微帶全向陣天線和COCO天線的結構

每段微帶天線的輻射大小可以由地板寬度來控制。同時也要兼顧天線的全向性能,因此,地板的最大寬度大約在λg/4以內。

3 不同尺寸天線的比較

3.1 地板大小不同的情況

圖2 地板大小不同的結構

如圖2所示,表示地板不同其他結構相同的示意圖。通過對這兩種天線進行仿真,得出的阻抗特性和輻射特性的結果表示在圖3中。圖3分別列出了天線輸入電阻、輸入電抗、電壓駐波比的特性的比較。還列出了三維輻射方向圖的比較。從圖3可以看出不同地板大小,對這種天線的阻抗特性和輻射特性的影響不明顯。

圖4 陣列節數不同的結構

3.2 陣列不同節數的情況

圖4表示天線的所有結構參數均相同,右邊圖中的天線陣列節數多出一倍的示意圖。通過對這兩種天線進行仿真,得出的阻抗特性和輻射特性的結果表示在圖5中。

圖5也分別列出了天線輸入電阻、輸入電抗、電壓駐波比的特性的比較。還列出了三維輻射方向圖的比較。從圖5所示的兩種不同節數的陣列仿真結果看出,天線的阻抗特性和輻射特性的影響很明顯。

仿真結果還指出,9節陣列的水平方向增益為6.7dBi,不圓度為0.6dB左右,增益的3dB帶寬為13%;而18節陣列水平方向增益為10.1dBi,不圓度為0.7dB左右,增益的3dB帶寬為6%。

由此看來,在陣列數增加1倍的情況下,天線水平方向增益提高3dB;而帶寬下降1倍。

4 結語

通過對串饋微帶全向陣天線不同地板尺寸、不同陣列節數的仿真可以看出,地板大小對該天線的阻抗特性和輻射特性的影響小;而陣列節數增大一倍,功率增益增加3dB,帶寬下降1倍。功率增益增加3dB,帶寬下降1倍的結果是符合天線的一般規律的。在進行設計制作這種高增益天線時,要重點圍繞提高天線輻射特性帶寬來作努力。

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Simulation on the Microstrip Ominidirectional Antenna in Series Feed

FAN Wensheng

(Navy Command Information Department, Beijing 100841)

In this paper, several structures of the microstrip ominidirectional antenna in series feed are simulated. It expatiates and contrasts the characteristic of the antennas, aiming at provding guidance for engineering.

microstrip, ominidirectional antenna

2015年1月3日,

2015年2月27日 作者簡介:樊文生,男,高級工程師,研究方向:艦船通信。

TN82

10.3969/j.issn1672-9730.2015.07.030