宽频化与小型化微带天线的研究与设计

摘要 以微带天线技术为基础，以工作于ISM频段微带贴片天线为例，采用Ansoft公司的电磁仿真软件HFSS，对不同介电常数、不同介质板厚度、矩形贴片开槽开缝、加载寄生贴片等微带贴片天线进行了仿真。通过数值分析，阐述了介电常数、基板厚度、贴片开槽、寄生贴片等因素对微带贴片天线尺寸和频带宽度的影响。仿真结果表明，设计能够实现两种性能的天线结果，天线的宽度达到36％。天线的尺寸缩小了34．2％。
关键词 微带天线；小型化；宽频化

微带天线由于具有剖面低、体积小、重量轻，易与飞行器共形、易与有源器件和电路集成，并且便于获得圆极化，容易实现双频、双极化等优点，被广泛应用于卫星通信，雷达、移动通信等无线电设备中。但微带天线自身存在频带窄、易激励表面波、功率容量小的缺点，限制了它的应用。为提高收发通信系统的工作性能和效率，宽频小型化微带天线的研究成为夭线领域中的一个主要研究方向。常用的展宽微带天线频带的方法有：增大基片厚宽h、降低相对介电常数εr、附加寄托生贴片、加载短路探针、附加阻抗匹配网络等。天线小型化的方法有：采用高介电常数的介质基板、加载技术、曲流技术。

1 微带天线宽频化与小型化设计与仿真
设计了一个单贴片矩形微带天线，图1为设计的微带天线的基本单元，为下面天线宽频、小型化性能的分析提供了基础。基本天线的设计指标为天线的中心频率2．45 GHz；天线的驻波VSWR≤2；天线回波损耗S11-10 dB；天线的增益6 dB。

微带天线设计为线极化天线。选择介质基板的介电常数εr=2．2 RT／Duroid5880材料，介质基板高度为h=0．32 cm，采用同轴探针馈电，利用HFSS进行建模，并进行优化得到要求的参数值。优化后天线的贴片尺寸：长L=3．82 cm；宽W=3．8 cm；基板尺寸：LG=8 cm，WG=7 cm；同轴探针的位置为xf=-0．7 cm，yf=0 cm。

1. 1 微带天线宽频化仿真设计
一般情况下，在采用低介电常数介质材料的同时，增加介质基板的厚度是大幅度增加天线带宽的有效手段，如图2所示。