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一种串联馈电E形高增益微带天线

2015/1/14    来源:ANSYS    作者:王玉峰  徐俊梅  张明芳  徐建敏      
关键字:高增益  串联馈电  E形微带天线  WLAN  
本文设计了一种串馈结构的E形高增益微带天线。该天线采用两元高增益E形天线组阵的方式实现增益的加强;采用串联馈电对各单元进行激励,并通过调节两元天线间距以提高辐射效率。

1 前言

    近年来,随着科学技术的进步,无线通信技术的应用越来越广泛和深入,而在无线通信天线中,微带天线由于其成本小、剖面低、重量轻等诸多优点得到了较广泛的应用。但微带天线增益低的固有缺点制约了其进一步的应用和发展。研究人员做了大量的研究来提高微带天线增益,大多集中在采用层叠方法上,如双层天线贴片距离0.5入时可以获得约9dBi的增益,三层构造可获得10dBi的增益,但是这些结构大大加大了微带天线的高度;采用耦合馈电也是提高微带天线增益的有效万法,采用L形探针耦合获得了7.5dBi以上的增益,采用口径耦合馈电方式提高微带天线增益,并指出H形开槽可以获得最大的耦合量;贴片表面开槽也可以提高微带天线增益,采用开槽方式将空气介质的微带天线构造成E形天线,采用探针馈电获得了最高8.9dBi的增益,采用L形探针耦合馈电得到最高9.4dBi的增益。然而,仅依靠单元天线自身结构改进来提高增益的方法效果有限,将高增益单元组成阵列,则能进一步提高天线增益。

    本文结合高增益天线单元和组阵两种提高天线增益的方法,针对IEEE802.llb标准(2.4GHz-2.483GHz)的WLAN,设计了一种12dBi的高增益微带天线。采用空气介质的微带线馈电E形高增益天线作为阵列单元,组成2元串馈阵列。对提出的天线进行优化,在2.33-2.54GHz频段内VSWR<1.5,相对带宽达到8.6%;在2.4GHz-2.5GHz的WLAN频带内增益≥12dBi,具有稳定波束宽度的E面和H面,且在E面波束指向偏移≤1°。

2 天线结构及原理

2.1天线结构

    本文天线结构如图1所示。该天线主要由天线辐射体和金属底板组成,其中天线辐射体包括2元E形贴片、串馈传输微带线和馈电微带线。E形贴片长L、宽W,中间两条平行窄缝长Ls、宽Ws,两缝隙间距为Ps+Ws;串馈传输微带线长Ld、宽Wd;馈电微带线长Lf、宽Wf;天线辐射体与底板间隙为t。

 图1 天线结构图

图1 天线结构图

2.2E形天线工作原理

    E形微带天线通过在矩形贴片表面开槽来改变电流分布,使其产生不同的电流路径以对应两个邻近的谐振频率,构造双峰谐振电路,其等效电路如图2所示。

 图2 E形贴片的双频谐振特性及其等效电路图

图2 E形贴片的双频谐振特性及其等效电路图

    图2中的等效电路(a)和(b)分别对应了E形微带天线的较高和较低频率(fh和fl)。通过调整fh和fl的贴近程度可以调整天线的增益和频带特性:当fh和fl紧贴时,天线具有较高增益,且在fh~fl范围内具有平稳的增益特性;当fh和fl适当拉开,天线具有较宽频带,但fh和fl频率中间的增益会略低。

    采用空气介质时,fh和fl与E形贴片各尺寸的关系可大致由下面两个表达式分别表示:

 公式1 fl与E形贴片各尺寸的计算公式

公式1 fl与E形贴片各尺寸的计算公式

 公式2 fh与E形贴片各尺寸的计算公式

公式2 fh与E形贴片各尺寸的计算公式

    式中,Co是光速,λl是fl对应的波长,λh是fh对应的波长。

责任编辑:吴星星
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