一种赋形波束高增益微带天线

天线与伺服技术　一种赋形波束高增益微带天线　牛传峰，耿京朝，毛贵海　（中国电子科技集团公司第５４研究所，河北石家庄０５００８１）　摘　要：对于ｘ波段垂直半全向天线，用传统的振子型天线实现较为困难，分析了一种用两片矩形微带串馈单元组合而　成的阵列天线的阻抗和辐射特性，通过优化设计两单元天线的夹角和间距，实现了Ｈ面１８０ｏ的宽波束设计，且在波束范围内　的电平变化小于３　ｄＢ，垂直方向３个单元串馈后得到天线的增益达１０　ｄＢｉ。天线结构简单，性能良好，实际的实验结果和理论　计算吻合较好。　关键词：微带天线；串联馈电；高增益；赋形波束　中图分类号：ＴＮ８２１　文献标识码：Ａ　文章编号：１００３—３１１４（２００７）０１—３７—２　Ａ　Ｓｈａｐｅｄ－ｂｅａｍ　ａｎｄ　Ｈｉｇｈ　Ｇａｉｎ　Ｍｉｃｒｏｓｔｒｉｐ　Ａｎｔｅｎｎａ　ＮＩＵ　Ｃｈｕａｎ－ｆｅｎｇ，ＧＥＮＧ　Ｊｉｎｇ－ｃｈａｏ，ＭＡＯ　Ｇｕｉ－ｈａｉ　（Ｔｈｅ　５４ｔｈ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　ＣＥＴＣ，Ｓｈｉｊｉａｚｈｕａｎｇ　Ｈｅｂｅｉ　０５００８１，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ￣Ｔｈｅ　ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　ｖｅｒｔｉｃａｌ　ｐｏｌａｒｉｚｅｄ　ｈａｌｆ－ｏｍｎｉｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ　ａｎｔｅｎｎａ　ｉｓ　ｖｅｒｙ　ｄｉｆｉｃｕｌｔ，Ｔｈｅ　１８０。ｂｅａｍ　ｗｉｄｔｈ　ｗａｓ　ａｃｈｉｅｖｅｄ　ｂｙ　ｃｏｍｈｉｎａｔｉｎｇ　ｔｗｏ　ｓｅｒｉｌａ　ｆｅｅｄ　ｍｉｃｒｏｓｔｒｉｐ　ａｎｔｅｎｎａｓ，ｗｉｈｔ　ｓｉｍｐｌｅ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｉｔｏｎ　ａｎｄ　ｇｏｏｄ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ，Ｂｙ　ｏｐｔｉｍｉｚｉｎｇ　ｈｔｅ　ａＩｌｇｌｅ　ｂｅｔｗｅｅｎ　ｔｗｏ　ｍｉｃｒｏｓｔｒｉｐ　ｕｎｉｔｓ，ｔｈｅ　ｌｅｖｅｌ　ｃｈａｎｇｅ　ｏｆ　１８０。ｂｅａｍ—ｗｉｄｔｈ　ｉｓ　ｌｅｓｓ　ｈｔａｎ　３ｄＢ．ｈＴｅ　ｇａｉｎ　ａｒｒｉｖｅｓ　ａｔ　１０ｄＢｉ　ｂｙ　ａｒｒａｎｇｉｇｎ　ｔｈｒｅｅ　ｒｅｃｔａＩＩｇｌｅ　ｍｉｃｒｏｓｔｒｉｐ　ｅｌｅｍｅｎｔｓ　ｏｆ　ｅａｃｈ　ｕｎｉｔ．Ａｎｄ　ｈｔｅ　ｄｅｓｉｎｇ　ｃｏｎｃｅｐｔ　ａｎｄ　ｔｈｅｏｒｅｔｉｃ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｒｅｃｔａｎｇｌｅ　ｍｉｃｒｏｓｔｒｉｐ　ａｎｔｅｎｎａ　ｉｓ　ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ，Ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｏｆ　Ｃｏｍｐｕｔｅｒ　Ａｉｄｅｄ　Ｄｅｓｉｎｇ　ａｎｄ　ｔｅｓｔ　ａｌｅ　ｉｄｅｆｎｊｃａｌ，　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｍｉｃｒｏｓｔｒｉｐ　ａｎｔｅｎｎａ；ｓｅｒｉｌａ　ｆｅｅｄ；ｈｉｇｈ　ｇａｉｎ；ｓｈａｐｅｄ－ｂｅａｍ　Ｏ引言　分析方法。对于矩形贴片，早期的传输线模型分析　法具有切实简单、直观、数据接近等特点。其基本原　随着现代通信技术的发展，较低波段的通信相　理是将微带天线等效为一个微带传输线，从输入端　互干扰日益严重，通信频率向更高的波段发展已经　看天线，被看作一个等效电路的阻抗，该阻抗的匹配　成为必然趋势。在某一ｘ波段无线网中，要求天线　与否是天线设计的关键，它关系到整个微带天线的　水平面１８０。的波束覆盖，由于波长较短，受加工精度　辐射效率及设计质量。　和生产成本的限制，采用振子型天线几乎不太可能。　传输线的　本文利用纵向拼阵技术，采用串馈矩形贴片单元，两　阻抗不匹配使　Ｘ　片矩形串馈微带天线再进行组合，以简单的结构形　・■—１　ｏ　得微带片得到　Ｊ，Ｉ　式实现了１８０。的波束覆盖。在１８０。波束覆盖范围　的功率减小，使　内，增益起伏小于３　ｄＢ，最大增益达到了１０　ｄＢｉ，达　天线的辐射效　图１单片矩形串馈线阵示意图　到了工程设计要求，也为此类宽波束的天线设计提　率降低。利用传输线的阻抗变换作用，可使微带天　供了一种新思路。　线阻抗匹配，使得反射最小，微带贴片得到的辐射功　１　宽波束微带天线分析与设计　率最大。　微带天线的分析方法大致可概括为传输线法，　文献［２］对单个矩形微带天线辐射原理进行了　腔模理论和格林函数法、矢位法、模式展开法等多种　详尽的分析，对于单个矩形微带天线可以看作一个　场没有横向变化的传输线谐振器，电磁场只沿长度　收稿日期：２ｏｏ６—０３—０７　作者简介：牛传峰（．１９７６一），男，工程师。主要研究方向：天线理论研　变化，通常长度是半个波长，辐射主要由开路端的边　究与设计。　缘场产生。矩形辐射贴片可表示成在平面内的两个　２００７年第３３卷第１期　无线电通ｒｂ－技术　３７　维普资讯 http://www.cqvip.com