一种串馈微带全向阵天线的仿真研究

樊文生

(海司信息化部 北京 100841)



一种串馈微带全向阵天线的仿真研究

樊文生

(海司信息化部 北京 100841)

论文对串馈微带全向阵天线的几种不同结构进行了仿真研究。阐述了它们各自的电气特性,并进行了比较,旨在对这种天线的工程设计提供理论指导。

微带; 全向天线

Class Number TN82

1 引言

全向高增益天线一直是集群通信和移动通信的重要应用的天线。随着现代通信技术的发展,集群通信和移动通信频率向更高的频段发展,在更高的频段,波长很短,这时若采用传统的串馈式交叉同轴线天线(COCO天线)等天线,尺寸等比缩小太多,尤其是横向尺寸,机械加工和结构性能难以满足要求,实现高增益全向天线已很困难;波导缝隙全向天线结构复杂,加工费用高,调试困难。微带全向天线与之相比具有多种优点,例如,结构简单,整个天线辐射体仅为一片微带片,加工成本低,重量也较轻;加工工艺可采用光绘一次成型,加工一致性好、性能稳定,便于批量生产;匹配容易,对每一节辐射元都进行阻抗调配后,可直接馈电(COCO天线必须采取单支节匹配等措施),并可一次性印制在电路板上;由于加工精度很高,可以应用于高达Ku波段;易于和其他有源电路集成在一起。

本文旨在提高微带全向天线H面方向图不圆度特性,而不单一注重天线增益特性;旨在提高微带全向天线的辐射带宽和阻抗带宽,而不单一注重一个方面。通过对几种不同结构进行仿真研究和比较,可以为这种天线的工程设计提供理论指导。

2 串馈微带全向阵天线的结构

串馈微带全向阵天线和COCO天线的结构如图1所示。把一段微带传输线的接地板看成电缆的外导体,馈把导带看成电缆的内导体,不难看出它们具有相似的结构。该微带全向天线是由多个λg/2的微带段级联而成,微带线段的地板和导带在介质基片的两边交替放置,利用交叉连接来达到倒相的目的。由于交叉连接点的不连续性形成了辐射,使得这种结构存在着两种模式,即传输模和辐射模。对于传输模则对阵列的各辐射体馈电。

(a) COCO天线的结构

(b) 串馈微带全向阵天线的结构

图1 串馈微带全向阵天线和COCO天线的结构

每段微带天线的辐射大小可以由地板宽度来控制。同时也要兼顾天线的全向性能,因此,地板的最大宽度大约在λg/4以内。

3 不同尺寸天线的比较

3.1 地板大小不同的情况

图2 地板大小不同的结构

如图2所示,表示地板不同其他结构相同的示意图。通过对这两种天线进行仿真,得出的阻抗特性和辐射特性的结果表示在图3中。图3分别列出了天线输入电阻、输入电抗、电压驻波比的特性的比较。还列出了三维辐射方向图的比较。从图3可以看出不同地板大小,对这种天线的阻抗特性和辐射特性的影响不明显。

图4 阵列节数不同的结构

3.2 阵列不同节数的情况

图4表示天线的所有结构参数均相同,右边图中的天线阵列节数多出一倍的示意图。通过对这两种天线进行仿真,得出的阻抗特性和辐射特性的结果表示在图5中。

图5也分别列出了天线输入电阻、输入电抗、电压驻波比的特性的比较。还列出了三维辐射方向图的比较。从图5所示的两种不同节数的阵列仿真结果看出,天线的阻抗特性和辐射特性的影响很明显。

仿真结果还指出,9节阵列的水平方向增益为6.7dBi,不圆度为0.6dB左右,增益的3dB带宽为13%;而18节阵列水平方向增益为10.1dBi,不圆度为0.7dB左右,增益的3dB带宽为6%。

由此看来,在阵列数增加1倍的情况下,天线水平方向增益提高3dB;而带宽下降1倍。

4 结语

通过对串馈微带全向阵天线不同地板尺寸、不同阵列节数的仿真可以看出,地板大小对该天线的阻抗特性和辐射特性的影响小;而阵列节数增大一倍,功率增益增加3dB,带宽下降1倍。功率增益增加3dB,带宽下降1倍的结果是符合天线的一般规律的。在进行设计制作这种高增益天线时,要重点围绕提高天线辐射特性带宽来作努力。

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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 作者简介:樊文生,男,高级工程师,研究方向:舰船通信。

TN82

10.3969/j.issn1672-9730.2015.07.030