一种高性能的微带全向天线设计与分析

　　微带交叉阵子天线同COCO天线具有相似的结构和相同的工作原理，因而它们具有相似的等效电路。图2所示为微带天线，每个微带单元的等效电路如图4所示，其中，R为等效辐射电阻；C为等效电容；L为等效电感。L包括微带单元本身的电感和加载的电感。它们组成一个RLC谐振电路。在天线没有加载矩形贴片之前，其特性阻抗呈现较大的容抗，因此，通过调整矩形贴片的宽度，改变加载电感的大小，以求得最佳的S11。

图3 顶端加载短路匹配枝节的微带交叉阵子天线示意图

图4 顶端未加载短路枝节时的天线的等效电路

　　图5给出了不同值时天线的S11。经过优化，当w=6时，此时的天线具有最佳的匹配性能。这时天线S11在带内-15 dB。

图5 顶端未加载时不同W值对应的天线S11

　　为了进一步减小天线的能量反射，改善天线的辐射特性，在天线顶端加载了λg／4短路匹配枝节，此时天线结构如图3所示。在天线顶端进行加载后，每个微带单元的等效电路如图6所示，相当于在微带单元上并联了一个导纳。其中，R1为该微带单元的等效辐射电阻；C1为等效电容；L1为等效电感；Y为顶端短路枝节的等效导纳。

图6 顶端加载后天线的等效电路

　　短路匹配枝节的导纳Y对整个天线的阻抗匹配起到调节作用。从Smith圆图得知，天线顶端未加载λg／4短路匹配枝节时，在2 400～2 483.5 MHz，天线阻抗的实部介于37～46 Ω之间，加载匹配枝节后，天线特性阻抗的实部在47～58 Ω之间。而且天线阻抗的虚部也有明显的变化，在要求频带内，其值更接近于0。图7和图8给出了两副天线由CST仿真软件得到的阻抗实部和虚部随频率变化曲线。从图中可以看出，天线顶端加载λg／4短路匹配枝节后，天线阻抗实部明显增加，虚部也比未加载时有减小。图9给出了顶端加载短路匹配枝节后不同w对天线S11的影响。从图中可知，当w为6时，在要求频带内，天线的S11-20 dB。

图7 天线阻抗实部随频率变化曲线