印刷天線饋電研究

周艷秋　賈方

摘要：在傳統(tǒng)H形印刷天線雙面饋電制作的基礎(chǔ)上，討論了采用單面饋電對天線性能的影響。運用基于有限元法的數(shù)值仿真方法對雙面饋電和單面饋電分別進行了研究，給出了兩者的天線駐波比的仿真結(jié)果。實驗結(jié)果表明此方法可以提高天線的頻帶寬度，同時不會對輻射特性產(chǎn)生影響，并使天線的設(shè)計與制作工藝更加簡單化。

關(guān)鍵詞：H形印刷天線；雙面饋電；單面饋電；頻帶寬度

1 引言

UHF頻段具有比其它RF波段（L或S波段）更高的穿透性，但是這一波段的波長較長，天線存在重量和尺寸均較大的問題[1、2]。伴隨著電路印刷技術(shù)的發(fā)展，印制天線由于重量輕、體積小、低剖面、易于共形和集成等優(yōu)點而得到了廣泛的研究和應(yīng)用。從最近幾年天線的發(fā)展趨勢來看，采用印刷天線的形式來降低天線的尺寸已成為研究熱點[3、4]。

H形印刷天線尺寸小、重量輕，結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉、制作方便，在縮小天線結(jié)構(gòu)尺寸的同時滿足了天線的寬頻帶和高增益的要求。此天線結(jié)構(gòu)主要由三部分組成，H形輻射體，T形匹配結(jié)構(gòu)和槽形底座，如圖1所示。其制作工藝是將雙面微帶敷銅板在其薄介質(zhì)基片上用光敷或蒸鍍等方法作出H形狀的金屬貼片。

2 天線饋電研究

H形印刷天線是在一塊兩面敷銅的介質(zhì)板上雕刻出H形，因此兩面是對稱的。H形印刷天線的饋電一直沿用的是雙面饋的方式，在實際制作中用一小塊銅片跨過底邊焊接在介質(zhì)基板上，然后內(nèi)導(dǎo)體與焊接相連，實現(xiàn)雙面饋電，由于銅片的使用會對饋電處的阻抗匹配產(chǎn)生一定的影響，同時使天線的制作變得復(fù)雜，不易于調(diào)試[5]。為此將這種饋電方式進行改變，不再使用銅片，只將其中一面與同軸線的內(nèi)導(dǎo)體相連，進行單面饋電。為驗證單面饋電和雙面饋電對天線性能的影響，對兩者進行仿真，仿真建模均如圖所示，其中，輻射體、T形匹配器等尺寸、材料均相同，邊界條件、激勵源與求解條件設(shè)置亦相同，只有饋電點的位置不同。圖2和3為從下到上的視角看去，同軸線的內(nèi)導(dǎo)體和介質(zhì)基板均以標出，圖2同軸線的內(nèi)導(dǎo)體與介質(zhì)基板兩側(cè)敷的銅片都接觸，即為雙面饋電，而圖3內(nèi)導(dǎo)體只與基板一側(cè)的銅皮接觸，即為單面饋電。

天線仿真模型參數(shù)為：介質(zhì)基板介電常數(shù)，矩形板長寬為18cm×10cm（L×W），凹槽長寬為4cm×3.4cm（b×a）。

3仿真結(jié)果分析

由兩幅電壓駐波曲線圖可以發(fā)現(xiàn)，曲線形狀大致相同，雙面饋電時在頻率為414MHz時電壓駐波比最小：VSWR=1.04，頻帶寬度為245MHz（VSWR≤2）；單面饋電在頻率為421MHz時電壓駐波比最小：VSWR=1.1，頻帶寬度為280MHz（VSWR≤2），因此單面饋電的帶寬則比雙面饋電時要略寬。對于天線的另一個重要的參數(shù)方向圖也進行了測試，并且測試的結(jié)構(gòu)顯示單面饋電與雙面饋電天線的方向圖基本保持一致，即單面饋電不會對天線的輻射特性產(chǎn)生影響。

4結(jié)論

綜上所述，本文將單面饋電技術(shù)應(yīng)用于H形印刷天線。實驗表明該方法可以提高天線的帶寬，且不會對天線的輻射特性產(chǎn)生影響。單面饋電使得該天線的制作更加簡單化，在工程上具有一定的實用價值。

參考文獻：

[1]Youla D C.A new theory of broadband matching[J].IEEE Trans CT，1964

[2]謝處方，邱文杰.天線原理與設(shè)計[M].西安：西北電訊工程學(xué)院出版社，1985

[3]金建銘.電磁場有限元方法[M].西安：西安電子科技大學(xué)出版社，1998