一种小型微带宽带全向天线的设计
时间：2020-12-06 04:16:57 来源：达达文档网 本文已影响 人 
孙鲁兵
摘 要：随着无线通信技术的高速发展，在通信基站等多类系统中，全向天线得到了越来越广泛的应用，对全向天线的性能要求也越来越高，微带全向天线具有工艺简单和成本低廉等优势，成为全向天线设计的新潮流。宽带天线在天线应用中具有较高的适应性。基于这几类天线的优点，本文设计了一种小型的微带宽带全向天线，该天线的尺寸很小，仅为30mm*20mm*0.813mm，它由印刷在介质板上的偶极子组成，以此来实现全向辐射。该天线通过微帶线侧馈的方式进行馈电。仿真结果表明，该天线的相对带宽较宽，约为17.5%（4.83～5.76GHz）;在该频带内，天线具有较好的水平全向特性，且天线的最高增益达到了3.2dB。主瓣方向在整个工作频段内保持相对稳定。
关键词：小型化;微带天线;全向天线
DOI：10.12249/j.issn.1005-4669.2020.27.328
1 引言
随着无线通信的飞速发展，对通信系统所需天线性能指标的要求也越来越高。全向天线可以与水平面360度范围内的目标进行通信，因此被广泛用于移动通信、卫星通信、无线传感器以及空间飞行器等通信设备中。宽带天线能够最大程度上满足大容量、高速度、高适应性等信息传输的要求，并且一副宽带天线有可能应用于多种不同的通信系统。进而减少体统中天线的数量，实现通信系统的小型化。微带天线因其加工工艺简单，成本低，剖面低，可集成化度高等优点有其得天独厚的优势，在当今超薄化、小型化的天线要求下发挥了巨大的作用[1-4]。
本文中，提出了一种小型化的微带宽带全向天线。该天线结构十分简单紧凑，有利于集成加工以及阵列天线的设计。该天线在工作频段内表现出良好的水平全向辐射特性，并且具有较高的增益和较宽的带宽及较小的不圆度。
2 天线结构设计
本文设计的微带宽带全向天线结构如图1所示。该阵列天线使用的介质板为RO4003C，其尺寸为30mm*20mm*0.813mm。该天线包含一对偶极子作为辐射单元，将传统的偶极子天线转换到一个平面上，大大缩小了天线的体积，结构紧凑并进行了双面设计，偶极子的两臂分别刻蚀在介质基板的正面和背面。该天线馈电采用侧面馈电方式，天线偶极子通过基板中央的微带线进行馈电。为了获得更好的阻抗匹配，我们在微带线馈电处设计了渐变巴伦结构，很好的扩展了带宽。通过对天线结构和尺寸的调整，在满足要求性能的同时，进一步减小了天线的尺寸。
3 仿真结果分析
该天线在HFSS软件中的仿真结果如下所示。图2所示为天线的反射系数的仿真结果。反射系数|S11|在4.83GHz到5.76GHz的频带范围内小于-10dB，相对带宽17.5%。
该天线在5.35GHz时的辐射增益图和3D辐射方向图如图3和图4所示。从图中可以看出，天线的辐射方向图形状较为稳定。
4 结束语
本文设计了一种小型化微带宽带全向天线。该天线结构简单且紧凑，通过微带线馈电的方式实现全向辐射。通过调整微带巴伦结构尺寸实现带宽的增大，相对带宽达到17.5%（4.83～5.76GHz）。该天线在工作频带范围内能达到的最大增益为3.2dB且辐射方向图较为稳定。从整体上看，该天线较好的集成了微带天线、宽带天线和圆极化天线的优点，其结构和性能在无线通信领域具有较好的应用。
参考文献
[1]Thiery.J. Judasz， and Ben.B. Balsley. Improved Theoretical and Experimental Models for the Coaxial Collinear Antenna[J]. IEEE Transaction on Antennas and Propagation， Vol.37. No.3， Mar.1989， pp.289-296（1989）.
[2]Naftali Herscovici， Zvonimir Sipus and Per-Simon Kildal， The Cylindrical Omnidirectional Patch Antenna[J]， IEEE Antennas and Propagation Society International Symposium，1997.
[3]Antonis Kalis， Theodore Antonakopoulos， Vassilios Makios，A Printed Circuit Switched Array Antenna for Indoor Communications， IEEE Transactions on Consumer Electronics， Vol.46， No，3， Aug.2000.
[4]Qiu Jinghui， Zhong Lingling， Du Hailong， Li Wei， Analysis and Simulation of Cylindrical Conformal Omnidirectional Antenna， Microwave Conference Proceedings，2005. APMC 2005. Asia-Pacific Conference Proceedings， Vol.4， Dec.2005.
