频率可调宽带共面波导馈电的部分圆形单极天线

频率可调宽带共面波导馈电的部分圆形单极天线 () () 山西大学学报 自然科学版29 4: 381, 384, 2006 Ξ ()Jo u rna l o f Sh anx i U n ive r sity N a t. Sc .i E d. () 文章编号: 025322395 20060420381204 频率可调宽带共面波导馈电的部分圆形单极天线 1 1 1 2张靖云, 张文梅, 陈 雪, 冯晓晖 ()1. 山西大学 物理电子工程学院, 山西 太原 030006; 2. 景德镇高等专科学校 物理与应用电子系, 江西 景德镇 333000 ( 摘 要: 提出了一种新型的频率可调超宽带共面波导馈电单极天线, 优化后的天线可以达到 8?1 反射损耗< - 10 ) 的比带宽及 155. 56 % 的阻抗带宽; 反射损耗< - 15 的比带宽也能达到 4. 15?1; 天线的增益在 0. 12 ,dB dB GH z 0. 6 范围内大于 1 . 另外天线的上下限频率可以通过调节贴片与共面波导之间的缝隙和部分圆形的尺寸进 GH z dB 行灵活调整; 同时还讨论了天线的尺寸对天线性能的影响. 采用商用电磁仿真软件 版仿真了天线的E n sem b le SV 性能. 关键词: 超宽带; 共面波导; 单极天线 中图分类号: 82; 91 文献标识码: TN TN A 0 引言 () 超宽带UW B U lt ra W ideb an d技术是一种全新的、与传统通信技术有着极大差异的通信技术, 它不需 要使用传统通信 体制 财务管理体制半导体制程半导体制造半导体制造工艺基础半导体制造工艺流程 中的载波, 而是通过发送和接收具有纳秒级或纳秒级以下的极窄脉冲来传输数据, 从而 1 具有 量级的带宽, 由此引入了超宽带天线的概念. GH z 传统的天线是为窄带通信系统设计的, 所辐射的天线信号的带宽相对来说很窄, 阻抗很难匹配, 辐射效 2 率不高, 且波形容易失真. 螺旋天线有很宽的带宽, 但匹配问题难以解决且信号易畸变. 锥形天线在无限长 的情况下, 是理想的非频变天线, 具有较好的宽带特性, 但在实际应用中受到锥体长度的限制, 引起终端的不 3 连续而降低了阻抗带宽, 且体积往往比较大. 喇叭天线是一种较理想的天线, 但它的馈电效率较低,T EM 4 其特性易受环境影响, 为保证辐射波波形的畸变较小, 通常在喇叭口处加载, 增加了天线的复杂程度. () 现在, 共面波导 馈电线已经被广泛地研究和运用, 所有导体位于同一平面内安装 Cop lan a r W avegu ide 并联或串联形式的有源或无源集总参数元件都非常方便, 它还具有比微带线更低的辐射损耗、更小的散射, 5 其阻抗特性和相速对介质层厚度的依赖性很小, 而更多地依靠导体 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 面的平面尺寸. 在文献6 中, 作者设计了一种共面波导馈电的矩形单极天线, 此天线在反射损耗小于- 10 时, 工作dB 频率范围为3. 1 , 11 , 比带宽为3. 55?1. 本文提出了一种部分圆形的天线, 天线的上下限频率可通GH zGH z 过调节部分圆形贴片与接地板之间的距离, 以及部分圆形的尺寸得到. 结合电磁仿真软件与优化算法, 优化 后的天线工作在 110 , 880 的频率上, 反射损耗< - 10 的比带宽可达到 8?1, 在反射损耗< -M H zM H z dB 15 的比带宽也可达到 4. 15?1.dB 天线结构与设计1 () 本文所提出的天线结构及各部分尺寸如图 1 382所示. 其中天线的尺寸为 800 ×800 , 所用介 P mm mm 质的相对介电常数是3. 4, 厚度是2 . 共面波导接地板的尺寸为×, 辐射单元为部分圆形贴片, 半径为mmw 1 w 2 Ξ 收稿日期: 2006204226 () 基金项目: 山西省自然科学基金项目 2006011029 () 作者简介: 张靖云 19822, 女, 研究方向: 通信与信息系统. 通信作者: @ . . .zh angwm sxueducn R , 贴片与接地板的距离为 d 1 , 非圆形部分长为 d 2 , 中心导带与接地板 之间的缝隙宽为, 中心导带宽为. 部分圆形的直线部分与共面波导 d 3 d 4 的接地板之间的耦合与两者的距离及耦合长度有关. 通过调节耦合的 强弱, 可以改变共面波导的输入阻抗, 以及天线的辐射电阻, 从而改变 天线的工作频率. 优 化 后 的 天 线 尺 寸 为: ×= 300 × 376 , =w 1 w 2 mm mm R 150 , = 20 , = 140 , = 4 , = 40 . 仿真的反 mm d 1 mm d 2 mm d 3 mm d 4 mm射损耗如图 2 所示, 天线在不同频率时 的 方 向 图 和 增 益 如 图 3、图 4 ) ( 383所示.P 在图 2 中, 反射系数小于- 10 的工作频率范围为 110 ,dB M H z 880 , 带 宽 为 770 , 中 心 频 率 为 495 , 相 对 带 宽 为M H zM H zM H z图 1 天线结构 155. 56 % , 最高与最低频率的比带宽为 8?1. 反射损耗小于-15 dB 的工作频率范围为200 , 830 , 比带宽也达到了4. 15?1. 从M H zM H z 图中可以看出, 在带宽范围内, 天线有四个相互接近的谐振频率点, 所以带宽就被展宽了. 图3 分别给出了天线在频率为246 、500 、740 时,M H zM H zM H z 两个主平面内的归一化方向图. 由图中可以看出, 在带宽范围内, 随 着频率的升高, 天线的辐射方向图并无较大畸变. 在 面, 方向图基H 本上呈圆形, 具有很好的全向性, 能够全向辐射; 在 面, 方向图呈 E “8”字形. 方向图在平面内都是关于轴线对称的, 其对称性是由天线 的对称结构所决定的. 通过仿真发现, 尺寸在给定范围内的改变对 天线方向图影响很小, 所以此类天线在工作带宽内具有较稳定的方 图 2 天线的反射损耗 向图. 以上. 而在其它频率上, 增益都小于 1 dB , 这主要是由于天线的辐射方向图发生较大变化引起的. 我们注意 到, 在频率为 650 以后, 天线的方向图就与前面的有较大的差异.M H z 天线性能的敏感性 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 2 通过仿真和优化发现, 由于天线采用共面波导馈电, 介质板的厚度、介电常数的大小以及其他参数对天 线反射损耗的影响不太明显, 对天线性能影响较大的因素主要是 d 1、d 2、R , 其中, d 1 的影响最大. 不同 d 1、d 2 的仿真结果如图 5, 图 7 所示.R 从图 5 可以看出, 的变化影响天线的最大和最小工作频率, 较大的 使天线贴片与接地板之间的耦d 1 d 1 合减弱, 天线的带宽减小, 较小的 使天线的最大和最小工作频率都提高.d 1 在图6 中, 随着的变化, 反射损耗的变化主要体现在: 随着变大, 在低频段, 天线的反射损耗变小, 在d 2 d 2 高频段, 天线的反射损耗变大. 所以, d 2 = 140 mm 时的带宽性能最为理想. 5变化时的反射损耗图 图 4 天线增益 d 1 还导致大的回波损耗. 在图 7 中, 较大和较小的都会使天线的最低频率增大, 同时, 大的R R 图 6变化时的反射损耗 d2 图 7R 变化时的反射损耗 3 结束语 本文提出了一种新型的频率可调超宽带共面波导馈电单极天线, 通过调整天线贴片与共面波导的接地 ( ) 板之间的距离, 可以灵活调整天线的工作频率范围, 优化后的天线可以达到 8?1 反射损耗< - 10 dB 的比 带宽, 及 155. 56 % 的阻抗带宽; 反射损耗< - 15 dB 的比带宽也能达到 4. 15?1; 该天线为全向天线, 可用于 超短脉冲的发射及接收, 其结构简单、轻巧, 表面无突出部分, 因而特别适用于共形在高速飞行器上. 参考文献: 樊孝明, 邱() 1 昕, 郑继禹. 超宽带 极窄脉冲的产生与实现 [. 通讯与电视, 2005, 1: 53255. UW B J () 2 于哲峰, 周乐柱, 班永灵. 三角形天线瞬态响应特性的模拟与改进 [. 电波科学学报, 2005, 20 1: 29233. J () 3 岳 欣, 康行健, 费元春. 球形和锥形加载单极子天线的宽带特性研究 [. 微波学报, 2000, 16 4: 3292335.J () 4 微波学报, 2005, 21 3: 23227. 王向晖, 蒋延生, 汪文秉. 一种新型超宽带喇叭天线的研究 [J . ( ) ( ) 5 汪 伟, 钟顺时, 陈胜兵. 宽带共面波导馈电“?”形单极天线 [. 西安电子科技大学学报 自然科学版, 2005, 32 2: J 3232326. , , . 2[ . 6 CHU N G K YU N T un CHO I JW ideband C PW fed M o nopo le A n tenna w ith P a ra sit ic E lem en t s and S lo t s J I E E () , 2004, 40 17: 103821040.E lec t ron ics L e t te rs -Frequen cya d justa ble U ltra W ideban d M on opo le - An tenna w ith CPW f ed an d Pa r t ia l C ircula r Pa tch 1 1 1 22, 2, , 2ZHA N G J in gyu n ZHA N G W en m e iCH EN X u eF EN G X iao h u i (1. , , 030006, ;S ch ool of P hy s ics and E lec t ron icsS h anx i U n iv e rs ity T a iy u an C h ina )2. , , 333000, D ep a r tm en t of P hy s ics and E lec t ron icsJ ing d ez h en com p reh ens iv e col leg ej ing d ez h en C h ina () 22 : A bstra c tA no ve l f requ en cyad ju stab le u lt ra w ideb an d m o nopo le an ten n a w ith cop lan a r w avegu ide C PW ?1 155.56 % . 8fed is p ropo sedT h e op t im ized an ten n a s show ra t io b an dw id th an d im p edan ce b an dw id th - 15 8?1 . fo r th e re tu rn lo ss le ss th an - 10 dB. A dB ra t io b an dw id th o f a lso can b e o b ta in edT h e ga in in g 1 0. 12 , 0. 6 . o f an ten n a is g rea te r th an dB w ith in th e ran ge o f GH zGH zT h e upp e r an d low e r f requ en cy . , can b e ch an ged th ro u gh regu la t in g th e slice o f p a tch an d C PW an d th e size o f som e ro u n dM o reo ve rth e . effec t o f th e size o f an ten n a a lso is d iscu ssedT h e comm e rc ia l so f tw a re E n sem b le SV is u sed to sim u la te th e .an ten n a () : ; ; Key word su lt ra w ideb an dcop lan a r w avegu ide C PW m o nopo le an ten n a