X波段宽带微带偶极子天线

官 伟 孙绍国

(华东电子工程研究所 合肥 230088)

1 引言

微带天线以其重量轻、体积小、低剖面、易于加工、便于集成等特点得到广泛应用［1］。如何实现微带天线的宽频带和小型化是研究的重点［2～5］。本文提出一种X波段宽带微带偶极子天线。天线通过对馈电分布电容的补偿，增加寄生贴片，有效的展宽了带宽，获得不错的辐射特性。下文分析讨论了天线的具体设计细节以及仿真结果。

2 天线设计

天线的结构如图1所示，辐射单元的尺寸16mm×24mm。天线印刷在介电常数为3.82，厚度为0.508mm的介质板上，辐射单元在偶极子单元的基础上［6，7］，采用了一个短路探针补偿馈电分布电容，增加了一个加载寄生贴片。

图1 宽带偶极子微带天线示意图

在设计了天线的各项基本参数后，借助高频仿真软件Ansoft Hfss 13.0对天线进行了仿真分析，图2为天线的三维仿真模型。

图2 宽带微带偶极子天线三维仿真模型

通过对宽带馈电巴伦及偶极子电路尺寸进行微调修正，以确保得到良好的驻波和方向图性能，最终定型微带天线单元尺寸，天线的基本参数见表1。

表1 天线的基本参数

3 仿真分析与讨论

通过对天线结构的优化仿真，在X波段得到较好的结果。图3为驻波仿真曲线，由图形可以看出在X波段驻波在1.4以下，驻波小于2的带宽可达50%。如图4和图5所示，对H1和H2参数的研究可以看出H1、H2长度的变化对天线性能的影响。图4给出了在保持H2=3.9mm不变的情况下，H1不同取值时的回波损耗曲线。图5给出了保持H1=1.5mm不变，H2取不同值时的回波损耗曲线。通过优化，合理选择天线的尺寸，能够使得天线在工作频段内取得较好的阻抗特性。图6为天线在频率分别为8GHz、10GHz、12GHz的远场辐射方向图。图7为宽带偶极子天线和偶极子天线性能比较，从图中可以看出宽带微带偶极子天线带宽和水平面方向图均得到了展宽，可以用于宽带宽角扫描天线阵列。

4 结论

本文设计出了一种X波段宽带微带偶极子天线，体积小、重量轻。在X波段驻波在1.4以下，驻波小于2的带宽可达50%。该宽带微带偶极子天线在偶极子单元的基础上，采用了一个短路探针补偿馈电分布电容，增加了一个加载寄生贴片，有效的展宽了带宽。天线尺寸为16mm×24mm，结构紧凑，便于集成，易于加工，适用于宽带宽角扫描阵列天线。

图7 宽带微带偶极子天线和偶极子天线性能比较

［1］钟顺时.微带天线理论与应用［M］.西安:西安电子科技大学出版社，1991.

［2］曹卫平，王秉中.宽带小型化偶极子天线及其阵列技术研究进展［J］.电信科学，2008(12):35-38.

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［6］林昌禄.天线工程手册［M］.北京:电子工业出版社.2002.

［7］Pozar D.Microstrip antenna［J］.Proceedings of the IEEE，1992，80(1):79-91.