緊湊型寬帶DVB-T印刷偶極子天線

何志國 常雷 李丹 張建強

摘要 提出了一種用于DVB-T信號接收的橢圓形寬帶平面印刷天線。該天線包含兩個太極魚形的偶極子單元，這兩個偶極子單元通過橢圓形折疊臂連接在一起。偶板子單元中引入了多個圓弧曲線段，外形像一個太極魚，可以有效延長表面電流，以及起到阻抗變換的作用;橢圓形折疊臂的引入可有效展寬天線的阻抗帶寬。天線整體尺寸為257mm×179.9mm，結果顯示VSWR≤1.5的頻段為457-1232MHz，覆蓋了470-862MHz的DVB-T頻段。該天線的方向圖有較好的全向特性。

【關鍵詞】寬帶 DVB-T 天線 平面天線

近年來，地面高清電視的服務和應用越來越受到行業的關注。DVB-T（數字地面電視廣播）標準正迅速流行起來。為滿足這些應用需求，需要能夠覆蓋DVB-T （470-862MHz）頻段的小型化寬帶接收天線。很多用于該頻段的寬帶天線已經被提出，采用的天線形式為單極子天線，饋電方式自由，可選用微帶線或共面波導等，具有低成本、低剖面和易于加工等優點。文獻[5]采用PIFA天線也實現了470-862MHz頻段的覆蓋，具有較高的輻射效率。偶極子天線也是經常電視接收中經常采用的天線形式。一種通過階梯形縫隙饋電的不對稱偶極子天線可工作在470-806MHz，其電壓駐波比小于2.5，比傳統中心饋電的偶極子天線的帶寬要寬很多。文獻[7]中通過改進饋電結構，展寬了對稱金屬桿偶極子天線的帶寬，可用于電視信號的接收。

文獻[8]提出了一種折疊蝶形偶極子全向天線，在300-870 MHz頻段（相對帶寬98%）內VSWR≤ 2。本文提出了一種改進的折疊偶極子天線，該天線采用太極魚形狀的偶極子單元和橢圓形折疊臂，實現了在457-1232MHz頻段（相對帶寬91.8%）內的VSWR≤1.5。研究了天線參數對寬帶特性的影響，得到了最佳的參數值，總尺寸為257mmx179.9mmxlmm。

1 天線結構

圖l給出了天線的幾何結構。該天線的介質板材料為FR4，相對介電常數為4.4，損耗正切為0.02，厚度為Imm。

該天線包含兩個太極魚形的偶極子單元，在極坐標系中這兩個偶極子單元位置相差180°，通過多段圓弧線組合而成，可實現寬帶阻抗匹配。在A、B兩個點之間進行饋電，端口特性阻抗為300Ω，通過一個4：1變阻抗巴倫型變壓器可實現與75Ω同軸線的匹配。兩個偶極子單元的間距為5mm，偶極子單元起始端直線部分長度為2mm。兩個偶極子單元通過一個橢圓形折疊臂連接在一起，該折疊臂的寬度為Wf，橢圓短半軸為b，短長軸比例因子為ratio。在HFSS15中對各參數進行了優化設計，最終確定各個幾何參數值：b=80.15mm，w_f=14mm， r1=58mm， r2=21mm， r3=lOmm，r4=34.7mm， ratio=0.7。

2 天線設計

該天線的偶極子單元由多段圓弧線組合而成，圓弧線的尺寸對阻抗匹配性能有著顯著的影響。圖2（a）和（b）中分別顯示了不同r1、r2的值對天線阻抗匹配性能的影響。圖2（a）中r1變化，但r2不變，r4相應改變，此時隨著rl的增加，天線的低頻截止頻率向低端移動，而隨著rl的減小天線兩個諧振頻點之間的阻抗匹配性能惡化;圖2（b）中r2變化，但rl不變，r4相應改變，此時隨著r2的增加，天線兩個諧振頻點之間的阻抗匹配性能惡化，而r2減小時天線的阻抗帶寬明顯變窄。

橢圓形折疊臂對天線的阻抗匹配性能也有著顯著的影響，如圖3所示。圖3（a）中為短長軸比例因子ratio變化時對阻抗帶寬的影響，可以看出ratio增加時阻抗帶寬明顯變窄，而減小時457-1232MHz頻段內的阻抗匹配性能明顯惡化;圖3（b）為折疊臂寬度W_f對阻抗帶寬的影響，Wf增加時兩個諧振頻點之間的阻抗匹配性能惡化，而W_f減小時工作頻帶向高頻段移動，且VSWR≤1.5的阻抗帶寬變窄（相對帶寬90.8%）。

圖4為優化后的天線的VSWR曲線，可以看出在457-1232MHz（相對帶寬91.8%）頻段內VSWR≤1.5，覆蓋了470-862MHz的DVB-T頻段。

圖5給出了該天線在z軸方向的增益的仿真結果。在457-1232MHz頻段內的增益值在2.33-5.25dBi之間波動。

圖6分別給出了470MHz、860MHz和1200MHz的方向圖的仿真結果，從圖中可以看出該天線具有較好的全向輻射特性。

3 結論

提出了一種用于DVB-T頻段電視信號接收的平面印刷天線。兩個偶極子單元采用多個圓弧線段組合而成，形狀像兩個太極魚;且通過橢圓形折疊臂將兩個偶極子單元連接在一起。最終實現了寬帶阻抗匹配特性，VSWR≤1.5的帶寬覆蓋了457MHz到1232MHz頻段，相對帶寬為91.8%。同時在工作頻段內具有較好的全向輻射特性。適合作為室內數字電視接收天線使用。

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