紧凑型宽带DVB-T印刷偶极子天线

何志国 常雷 李丹 张建强

摘要 提出了一种用于DVB-T信号接收的椭圆形宽带平面印刷天线。该天线包含两个太极鱼形的偶极子单元，这两个偶极子单元通过椭圆形折叠臂连接在一起。偶板子单元中引入了多个圆弧曲线段，外形像一个太极鱼，可以有效延长表面电流，以及起到阻抗变换的作用;椭圆形折叠臂的引入可有效展宽天线的阻抗带宽。天线整体尺寸为257mm×179.9mm，结果显示VSWR≤1.5的频段为457-1232MHz，覆盖了470-862MHz的DVB-T频段。该天线的方向图有较好的全向特性。

【关键词】宽带 DVB-T 天线 平面天线

近年来，地面高清电视的服务和应用越来越受到行业的关注。DVB-T（数字地面电视广播）标准正迅速流行起来。为满足这些应用需求，需要能够覆盖DVB-T （470-862MHz）频段的小型化宽带接收天线。很多用于该频段的宽带天线已经被提出，采用的天线形式为单极子天线，馈电方式自由，可选用微带线或共面波导等，具有低成本、低剖面和易于加工等优点。文献[5]采用PIFA天线也实现了470-862MHz频段的覆盖，具有较高的辐射效率。偶极子天线也是经常电视接收中经常采用的天线形式。一种通过阶梯形缝隙馈电的不对称偶极子天线可工作在470-806MHz，其电压驻波比小于2.5，比传统中心馈电的偶极子天线的带宽要宽很多。文献[7]中通过改进馈电结构，展宽了对称金属杆偶极子天线的带宽，可用于电视信号的接收。

文献[8]提出了一种折叠蝶形偶极子全向天线，在300-870 MHz频段（相对带宽98%）内VSWR≤ 2。本文提出了一种改进的折叠偶极子天线，该天线采用太极鱼形状的偶极子单元和椭圆形折叠臂，实现了在457-1232MHz频段（相对带宽91.8%）内的VSWR≤1.5。研究了天线参数对宽带特性的影响，得到了最佳的参数值，总尺寸为257mmx179.9mmxlmm。

1 天线结构

图l给出了天线的几何结构。该天线的介质板材料为FR4，相对介电常数为4.4，损耗正切为0.02，厚度为Imm。

该天线包含两个太极鱼形的偶极子单元，在极坐标系中这两个偶极子单元位置相差180°，通过多段圆弧线组合而成，可实现宽带阻抗匹配。在A、B两个点之间进行馈电，端口特性阻抗为300Ω，通过一个4：1变阻抗巴伦型变压器可实现与75Ω同轴线的匹配。两个偶极子单元的间距为5mm，偶极子单元起始端直线部分长度为2mm。两个偶极子单元通过一个椭圆形折叠臂连接在一起，该折叠臂的宽度为Wf，椭圆短半轴为b，短长轴比例因子为ratio。在HFSS15中对各参数进行了优化设计，最终确定各个几何参数值：b=80.15mm，w_f=14mm， r1=58mm， r2=21mm， r3=lOmm，r4=34.7mm， ratio=0.7。

2 天线设计

该天线的偶极子单元由多段圆弧线组合而成，圆弧线的尺寸对阻抗匹配性能有着显著的影响。图2（a）和（b）中分别显示了不同r1、r2的值对天线阻抗匹配性能的影响。图2（a）中r1变化，但r2不变，r4相应改变，此时随着rl的增加，天线的低频截止频率向低端移动，而随着rl的减小天线两个谐振频点之间的阻抗匹配性能恶化;图2（b）中r2变化，但rl不变，r4相应改变，此时随着r2的增加，天线两个谐振频点之间的阻抗匹配性能恶化，而r2减小时天线的阻抗带宽明显变窄。

椭圆形折叠臂对天线的阻抗匹配性能也有着显著的影响，如图3所示。图3（a）中为短长轴比例因子ratio变化时对阻抗带宽的影响，可以看出ratio增加时阻抗带宽明显变窄，而减小时457-1232MHz频段内的阻抗匹配性能明显恶化;图3（b）为折叠臂宽度W_f对阻抗带宽的影响，Wf增加时两个谐振频点之间的阻抗匹配性能恶化，而W_f减小时工作频带向高频段移动，且VSWR≤1.5的阻抗带宽变窄（相对带宽90.8%）。

图4为优化后的天线的VSWR曲线，可以看出在457-1232MHz（相对带宽91.8%）频段内VSWR≤1.5，覆盖了470-862MHz的DVB-T頻段。

图5给出了该天线在z轴方向的增益的仿真结果。在457-1232MHz频段内的增益值在2.33-5.25dBi之间波动。

图6分别给出了470MHz、860MHz和1200MHz的方向图的仿真结果，从图中可以看出该天线具有较好的全向辐射特性。

3 结论

提出了一种用于DVB-T频段电视信号接收的平面印刷天线。两个偶极子单元采用多个圆弧线段组合而成，形状像两个太极鱼;且通过椭圆形折叠臂将两个偶极子单元连接在一起。最终实现了宽带阻抗匹配特性，VSWR≤1.5的带宽覆盖了457MHz到1232MHz频段，相对带宽为91.8%。同时在工作频段内具有较好的全向辐射特性。适合作为室内数字电视接收天线使用。

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