一种新型高增益超宽带(UWB)宽槽天线阵的设计要点

1、一种新型高增益超宽带(uwb)宽槽天线阵的设计陈董黄晓东程崇虎(南京邮电大学电子科学与工程学院，南京210003)摘 要：设计了一种新型高增益超宽带(uwb )宽槽天线阵。该天线阵采用了一种新型的组阵方式，将两个 超宽带宽槽天线正反相对的制作在同一个介质基板的两面，再用微带线进行反相馈电。这种新型的组阵方式 在宽频带内保持了两个天线阵元的同相和对称，用电磁仿真软件ie3d对该天线阵的特性进行了仿真计算。仿真结果表明，该天线阵带宽为101.7% (|sii|wi0db),增益5dbi7dbi ,比单个宽槽增益提高了约 3dbi。关键词：高增益天线，宽槽天线，天线阵，超宽带a novel high

2、-gain ultra-wideband (uwb) wide slot antenna array designchen dong huang xiaodong cheng chonghu(school of electronic science and engineering, nanjing university of posts and telecommunications, nanjing 210003)abstract: a novel high-gain ultra-wideband (uwb) wide slot antenna array is presented in th

3、is paper. a couple of uwb wide slot antennas are fabricated on the opposite sides of the substrate and fed by microstrip line. the commercial electromagnetic simulator ie3d is employed to optimize the performance of the antenna array. this method keeps the couple of antennas in-phase and symmetrical

4、 over a wideband frequency range. the simulated results show that the impedance bandwidth of the antenna array is around 101.7 % (|s1113c -10 db) . the gain is from 5dbi to 7dbi, which is 3dbi higher than that of a single wide slot antenna.keywords: high-gain antenna; wide slot antenna; antenna arra

5、y; ultra-wideband (uwb)1引言随着无线通信技术的发展，特别是2002年美国通信委员会(fcc)将3.110.6 ghz频段作为超宽 带(uwb)通信使用1,使超宽带天线技术的研究 成为一个新的研究热点。在众多的宽带天线结构中，微带宽槽天线因其带宽(|s1| w-10db)宽,制造公差要求低等优点而 得到了广泛的研究，已经有大量宽槽结构的超宽带 天线出现在相关的文献中，如矩形2-4,三角形和半圆形5,6,锥形7等。在通信领域中，为了达到一定 覆盖范围和信号强度，又要求天线具有较高的增益， 而当单个天线达不到增益要求时，组阵是提高增益 的一种常见方法。传统的并联馈电组阵方式8

6、如图1(a)和(b)所示，除了馈电结构复杂，占用较大的电路 面积外，而且还存在着以下问题：1、如图1(a)所示的组阵方式无法做到在水平面或垂直面内全向辐 射；2、对于宽槽结构的超宽带天线，其接地面的大 小对天线性能也有着一定的影响，在采用图1(b)的并联馈电的组阵方式后，由于天线阵元的排列方式不 是关于y轴对称，一个阵元的等效接地面会受到另 一个阵元的影响，两个阵元的电流分布是非对称的， 从而造成天线阵的最大辐射方向与单个阵元的最大 辐射方向不一致。针对上述问题，本文设计了 一种新型高增益超宽 带宽槽天线阵。该天线阵采用了一种新型的组阵方 式，将两个超宽带宽槽天线正反相对的制作在同一个 介质基

7、板的两面，再用微带线进行反相馈电。这种新 型的组阵方式在宽频带内保持了两个天线阵元的同 相和对称，用电磁仿真软件ie3d对该天线阵的特性- 3 -基金项目：教育部博士点基金(200802930002)681012frequency (ghz)代)实树大线岸片.5 4 3spt百口图1传统宽槽天线组阵方式2天线结构与性能图2 (a)所示为超宽带宽槽天线阵阵元的结构图 6,图1(b)和(c)分别为阵元天线的反射系数与增益测 量值。图3所示为超宽带宽槽天线阵的结构图。该天 线阵将两个图1(a)中所示的超宽带宽槽天线正反相 对的制作在同一个介质基板的两面，再用微带线进 行反相馈电，这样就能在宽频带内保

8、持两个天线阵 元的同相和对称。用电磁仿真软件ie3d对该天线阵 的特性进行了仿真计算。图4所示为仿真的天线阵反射系数，从图中可以看出从2.8ghz到8.6ghz,天线阵的反射系数都在-10db以下，相对带宽为101.7%。图5所示为仿真天线阵增益，仿真结果表 明天线阵的增益为 5dbi7dbi,比单个宽槽增益提 高约3dbi。|睛炮ma桀脚3兀的结陶用5791113fncquc-ncv (ghz|i他)笑洲反射第数q-1ow 5匿一二生图3超宽带宽槽天线阵结构图-10-15-口2345s7s9进行了仿真计算。仿真结果表明，该天线阵带宽为101.7% (|s11|-10db),增益 5dbi 7

9、dbi,比单个宽 槽增益提高了约3dbi,而且结构紧凑，制作方便。frequencyfghz)图4天线阵反射系数-bdc pa g345678 gfrequency (ghz)图5天线阵增益3结束语本文设计了一种新型高增益超宽带宽槽天线 阵。该天线阵采用了一种新型的组阵方式，将两个 超宽带宽槽天线正反相对的制作在同一个介质基板 的两面，再用微带线进行反相馈电。这种新型的组 阵方式在宽频带内保持了两个天线阵元间的同相和 对称。仿真结果表明，该天线阵带宽为101.7% (|sii| w-l0db),天线阵增益为 5dbi7dbi,比单个宽槽 增益提高了约3dbi,而且结构紧凑，制作方便。参考又献1

10、 revision of part 15 of the communication s rulesegarding ultra-wideband transmission systems, federal communications commission, et-docket 98-153, fcc 02-48, 2002.2 y. w. jang, broadband cross-shaped microstrip-fed slot antenna, electron. lett vol. 36, 2056-2057, 2000.3 j. y. sze and k. l. wong, ba

11、ndwidth enhancement of a microstrip-line-fed printed wide-slot antenna, ieee trans. antennas propag., vol. 49, 1020-1024, 2001.4 y. w. jang, experimental study of large bandwidth three-offset microstrip-fed slot antenna, ieee microwave wireless com. lett ., vol. 11,425-427, 2001.5 y. f. liu, k.l. la

12、u, q. xue, and c.h. chan, experimental studies of printed wide slot antenna for wide-band applications, ieee antennas wireless propag. lett, vol. 3, 273-275, 2004.6 d. chen and c. h. cheng, a novel ultra-wideband microstrip-line fed wide-slot antenna, microwave and optical technology lett., vol. 48,

13、 776-777, 20067 s. cheng, paul hallbj?rner, and anders rydberg, printed slot inverted cone antenna for ultrawideband applications, ieee antennas wireless propag. lett., vol. 7, 18-21,2008.8 john d. kraus, ronald j. marhefka,天线m.北京：电子工业出版社，2004作者简介：黄晓东，男，博士研究生，主要研究领域为微波无源电路，小型化宽带天线等。陈董，男，博士研究生，主要研究领域

14、为微波滤波器，射频电路等。程崇虎，男，教授、博导，主要研究领域为微波无源电路，计算电磁学等。基于 rwg 分析考虑互耦的贴片天线阵列的方向性张 青1宗鹏2（南京航空航天大学航天学院，南京 210016）1（南京航空航天大学航天学院，南京210016）2摘 要： 以 rwg （ rao-wilton-glisson） 三角基函数为基础的矩量法是分析矩形贴片天线阵列的有效方法，通过求解阻抗矩阵和电流扩展系数，可得到天线表面电流密度。基于偶极子模型法的 rwg 法是将包含两个三角的 rwg 边元的表面电流分布用具有等效偶极子矩量的无穷小偶极子代替来求解天线辐射场。同以往基于分段正弦基函数的矩量法相比

15、，在保证精度的同时简化了计算，分析表明考虑互耦的贴片阵列的方向特性同理想情况相比发生很大变化。关键词 ：基函数，表面电流，矩形贴片阵列，互耦analyze the direction characteristic of patches arrays considering the mutual coupling based on rwgzhang qing1 zong peng2(school of astronautics ,nanjing university of aeronautics and astronautics, nanjing 210016) 1 ；2 (school of

16、astronautics ,nanjing university of aeronautics and astronautics, nanjing 210016)abstract: moment method based on rwg triangular basis functions is an effective way to analyze the retangular patches arrays.this paper achieves the antenna surface current considering the mutual coupling by solving imp

17、edance matrix and current expansion coefficient. the method of rwg based on dipole model solves the antenna radiation by substituting infinitesimal dipole which has equivalent dipole moment for the surface current of rwg elements which contain two triangles.compared former method of moment based on

18、piecewise sinusoidal basis functions,it simplifies the calculation,also has the same precision.the analysis indicates the direction characteristic changes a lot because of mutual coupling.keyword: basis function;surface current; retangular patchs arrays;mutual coupling1 引言阵元互耦是阵列天线固有的重要特性之一，特别是当单元间距

19、较小时，互耦影响不可忽略，但是以往基于乘法原理分析阵列天线方向特性时，忽略了互耦对天线阵性能的影响，而只考虑各阵元的独立作用，这样将使理论分析的数值与实际工作中的数据相差很远，因此不能获得所设计的最佳性能。分析互耦特性的方法很多，其中矩量法是最广泛的一种。以往多采用以分段正弦基函数为基础的矩量法分析阵列天线的互耦1 ， 但得到天线电流扩展系数后用电场积分法求解方向图就显得比较繁琐。在此，提出了一种以 rwg 为基础的矩量法研究贴片式阵列天线的互耦问题，并结合偶极子模型法求解考虑互耦的贴片式阵列天线方向图。2 理想的贴片天线阵列方向图理论无互耦阵列天线的方向图等于阵元因子与阵因- # 子的乘积，

20、可以表示为:f?) = fo(ew)以但中)(1)式中f(u，：)，；), fn(u,；)分别为阵方向函 数，阵元的方向函数，阵因子。微带贴片单元的方向图可由其等效磁流元的辐 射场得出，其辐射等效为二元缝阵的辐射，并且缝 上磁流是均匀的，微带单元的e面和h面的方向图可以表示为2:fe (0) =cos(k lsin 0)( 2)2w - t、 tsin(k sin rcos 二fh :2 ( 3)w .k sin 12其中k=红表示波数，e表示各方向与z轴的 九夹角，l,w为贴片单元的长和宽。对于m*n元平面贴片阵列，dx ,dy分别表示单 元沿x轴和y轴方向的间距，当个阵元的激励幅值 为1,

21、馈电相位相同时，阵列的阵因子可以表示为：m 1.n1f (q (p)ejmkdxsin3ost- g#dysinbin 中(4)m10n3以四元平面贴片阵列为例，设贴片单元l=150mm,w=132mm,由公式(1), (2), (3),(4)可得无 互耦的四元贴片阵列的 e面和h面的上半平面的方 向图分别如图1, 2所示，可以看出无互耦情况下贴片阵列的主瓣方向在 z轴方向，即垂直于阵列平面。图1e面方向图图2 h面方向图3考虑互耦的贴片阵列方向图理论利用rwg边元法求解天线互耦时，首先对阵列 天线结构进行建模，然后使用matlab函数delaunay 对结构进行德络内三角化，将待研究金属的表

22、面被 划分为一系列三角，拥有公共边的每对正负三角构 成相应的rwg边元3,每个边元被赋以矢量函数(基 函数)fo包含每个rwg边元之间互耦信息的阻抗矩阵元 素可以表示为4:cc -z mn - lmjw(hmn , pm /2 + hmn pm / 2) + mn mn (5)其中hmn,9mn表示边元n对边元m的感应磁矢量 势和标量势。贴片天线阵列的馈电采取底部驱动探针馈电，假设每个贴片单元的馈电电压为v=1。扩展电流系数im构成矢量i,它是矩阵方程zi=v的唯一解。某给定三角a的表面电流密度ja由m个边元的 基函数扩展而成：mj =e i abf ab( 6)bd其中iab, fab为三角

23、a中第b个非公共边所在边 元的电流扩展系数和基函数，m为给定三角a所包含非边界边的个数，最多 3个边元对三角有贡献，j 的单位为a/m。运用偶极子模型法将包含两个三角的rwg边元的表面电流分布用具有等效偶极子矩量或强度的无 穷小偶极子代替来求解天线辐射场，位于原点的无 穷小偶极子在矢量 r的远点磁场和电场的矢量形式 为5：h(r )=jk(xmr )cef(7)4 二11c =-2【1n. j i jr jkr(8)jk - ikre(r) =(x -y)jc 2xc)e(9)4r(10)j imfmc)dstm j =1见$41亡一君(11)tmtmtmtm-其中r =r|j 取=337c

24、。这里y为偶极 子矩量，fm(r)是对应元m的rwg边元基函数，i m 为考虑互耦情况下rwg边元m的表面电流系数，通 过矩阵方程求解得到。对于贴片天线阵列，矢量r处的电场和磁场为所 有rwg边元贡献之和：q1e(r)= emr -力记+噌)(m=12q1h(r) =2 hmr -吟+3(13)m 42其中q表示天线阵列结构中 rwg边元的总个 数。由四个贴片单元组成的德络内三角化化后贴片 阵列的结构如图3所示，接地板面积(400*800) mm, 介质厚度为50mm,每个贴片大小为150mm*132mm, 相对电介质常数为1, x向单元间距为250mm, y向 单元间距为400mm,当天线工

25、作在 300mhz时，结 合公式(6)仿真可得贴片天线的表面电流分布如图4示。图3四元贴片阵列天线结构图4贴片阵列表面电流分布由公式(12),公式(13)可得阵列天线的e面和h面的方向图分别如图 5(a),图5(b)所示，可以发现 天线的主瓣方向由于阵元间的互耦发生了较大变化，也产生了一些副瓣。(a)贴片阵列e面方向图(b)贴片阵列h面方向图图5, 7 ,同等条件下，基于电磁仿真软件 hfss建立四元 贴片阵列模型，仿真得考虑互耦的贴片式阵列天线 的e面，h面方向图分别如图 6(a),6(b)所示，与图 5(a),5(b)对比可以发现两种方法下求得考虑互耦的贴片阵列天线的方向图有很好的一致性，

26、验证了 rwg理论研究天线互耦的正确性。(a)贴片阵列e面方向图图64结论针对贴片阵列单元间的互耦问题，运用以rwg边元法为基础的矩量法求解，仿真贴片式阵列天线 的表面电流分布，用简单的偶极子模型法取代传统 的电场积分法求解阵列方向图，分析了理想情况下 和考虑互耦情况下贴片阵列的 e面和h面的方向图， 并与hfss软件仿真的贴片阵列方向图进行对比， 得 到很好的吻合，验证了理论正确性。可以发现由于 互耦的存在天线方向图特性发生了变化，此方法在 保证精度的基础上简化了计算。但rwg方法存在阻 抗矩阵的维数有限制以及运行时间相对长的问题， 存在的问题可考虑矩阵方程的迭代求解和程序矢量 化得以解决。

27、参考文献1兰关军，尚军平，邓颖波.阵列天线互耦的矩量法分析j.电子技术，2008,21(8).2张钧，刘克诚，郝崇骏.微带天线理论与工程.北京：国防工业出版社，1988年7月3 sergey n.makarov.通信天线建模与 matlab仿真分析m.许献国，译.北京：北京邮电大学出版社，2006.4 rao s m,wilton d r,gilsson a w.electromagnetic scattering by surfaces of arbitrary shapej.ieee trans.antennas and propagation,1982,30(3):409-418.5 b

28、alanis c a.antenna theory:analysis and designm.2nd ed.new 丫 ork:wiley,1997.6李世智.电磁辐射与散射问题的矩量法m.北京：电子工业出版社，1985.作者简介：张青，男，硕士，主要研究领域为微带阵列天线互耦，自适应天线。宗鹏，男，教授、博士生导师，主要研究领域为微带天线，天基通信网络。基于 h 形缝隙耦合的宽带双极化微带天线张 辉 1 赵 彬 2 袁乃昌 11 国防科学技术大学电子科学与工程学院， 长沙410073; 2 空军第一航空学院一系检测教研室，河南信阳，46400)摘 要： 本文制作并测量了一种基于 h 形缝隙耦

29、合馈电的微带双极化天线， 两个正交极化的线天线一致性非常好 , 驻波小于 -10db 的相对带宽均达12%，双极化端口的隔离度达到-30db， 方向图前后比达 19db ， 交叉极化小于 -23db, 最大增益值为 6.6db 左右 , 3db 增益带宽达 16.5%, 实现了低后瓣宽带双极化微带天线的设计。关键词： 微带天线，双极化，缝隙耦合broadband dual linear polarization h-shaped apertures-coupledmicrostrip antennazhang hui li you quan yuan nai chang(school of e

30、lectronic science and engineering, nudt, changsha 410073, china)abstract: design of broadband dual linear polarization microsrtip antenna which is coupled by two h-shapeed apertures is presented in this paper. the standing wave bandwidth of proposed antenna is 12% and the isolation of two ports is -

31、30db. the front-to-back ratio of the antenna radiation pattern is better than -23db and the antenna gain is 6.6db. this results indicates that the proposed antenna realize a good performance dual linear polarization microsrtip antenna.key words: microstrip antenna, linear polarization, apertures-cou

32、pled- 9 -1 前言80 年代以来出现了多种电磁耦合型馈电方式1 ，其结构上的共同特点是贴近(无接触)馈电，可利用馈线本身，也可通过一个口径(缝隙)来形成馈线与天线间的电磁耦合2 。这对于多层阵中的层间连接问题，是一种有效的解决方法，并且大多能获得宽频带的驻波比特性。本文制作并测量了一种基于 h 形缝隙耦合馈电的微带双极化天线。双极化天线也是一种特殊的圆极化天线 3 ，它可以通过外接一个3db 电桥，实现两个馈电端口的 90 度相差，若再增加用一个微波开关可以实现左右旋自适应圆极化天线，因此对于双极化天线的研究具有重要的意义。能够实现双极化工作的天线形式有多种，微带大线由于其馈电网络、辐

33、射无的设计比较灵活，加工制作成本低，便于批量生产等优点。 因此 , 用微带天线实现双极化已经得到广泛的关注。2 双极化微带天线结构设计微带天线因为其具有轻、薄和容易共形的特点，在各种作战平台上得到广泛的应用。口径耦合馈电微带天线有两个主要的优点 4:(1) 口径耦合馈电方式的设计，消除了传统探针式馈电贴片天线的制造过程中为确保探针与馈电电路和贴片之间的连接所不可避免的焊接问题，降低了构造大型贴片天线阵的难度;(2) 夹在馈电电路和辐射贴片间的接地板，避免了馈电网络附加辐射对微带天线辐射方向图的影响 5 。天线输入阻抗的大小能通过口径的尺寸和位置进行调节，此外通过调节调谐开路线可以消除耦合口径所

34、引起的过大的电抗 6 。天线结构如图1所示，由两根相同 50q的微带 线分别对两个正交的“ h”形缝隙馈电，能量通过缝 隙耦合到方形贴片，激励起幅度相等、相位相同的 tm 01模和tmio模，从而形成双极化天线。度h2 =0.8 mm ;上层空气层厚度hair =2 mm ,l=25mm , la=7mm , lb=7mm, wa=0.5mm, wb=1mm, s=10mm, ls=4mm , ws=1.1mm。- # -(a)小视图3双极化微带天线性能测量结果3.1驻波特性与隔离度天线的驻波特性由网络仪测量如图2所示，端口 1与端口 2的驻波特性基本吻合，均谐振于3.25ghz,驻波带宽(s

35、u -10db)为 3ghz3.4ghz ,相 对带宽达12%。传统的同轴馈电或侧馈的单层微带 天线的驻波带宽只有0.7%-7%,而缝隙耦合馈电结构的微带天线的带宽比较宽，这是由于缝隙相当于 另一谐振器与贴片一起谐振，两者的谐振频率稍有 差异构成双点谐振，展宽了频带，另外，天线的上 层介质板可以单独设计，采用低介电常数的厚介质 板材，可以降低天线的q值，从而增大了天线带宽。(b馈电结构图图2天线驻波特性测量值t wb(c) h形跷隙图1基于“ h”形缝隙耦合微带振子天线结构在仿真软件hfss9.0的辅助下，制作并测量了一个中心频率在3.25ghz的宽带双极化微带天线。天线的结构参数如下：天线上

36、层介质基板介电常数% =2.65和厚度h1=5mm；罩介电常数 a =3.5和厚度h0 =3m；下层介质基板的介电常数 是=6和厚-60 ?112.53巾3.54.&frequency (gfiz图3端口 1与端口 2的隔离度测量值两个端口的隔离度测量值如图3所示，带内隔离度均优于-30db,这是由于两个“ h”形缝隙正交 放置，保证了很好的极化隔离。另外，“h”形缝隙对 馈线的耦合能力比较强，因此可以利用较小的缝隙图5天线增益测量值结论开槽面积得到较大耦合能量，从而减小了两个缝隙 之间的耦合。3.2方向图和增益天线在频率f=3.2ghz的归一化h面方向图测量 值如图4所示，两个线极化天线的

37、h面主方向图一 致性非常好，基本吻合在一起，方向图前后比均达-19db,后瓣比较低。与传统的矩形缝隙相比，“h”形缝隙可以利用较小的缝隙开槽面积得到较大耦合 能量，从而减小了后向辐射。同时，天线底部的金属板除了起到屏蔽作用外还可以抑制天线的后向辐 射，提高了天线效率。11 -) b d r e w o p n 0 d a r-10-20.-30-50.co-pol of port 1-co-pol of port 2cross-pol of port 1cross-pol of port 2-60-180-150-120 -90 -60 -30 030 60 90 120 150 180deg

38、rees图4天线h面归一化方向图测量值（f=3.2ghz）天线的交叉极化电平分别为-23.5db和-25.7db,在整个空间中的交叉极化均小于-23db.这是由于辐射部分与馈线部分由接地板隔开，馈线的寄生辐射 弱，从而交叉极化水平较低。天线增益的测量值如图5所示，两个极化正交的线极化天线均在在 3.26ghz处得到最大增益值分 别为6.3db和6.6db , 3db增益带宽分别为 2.87ghz3.46ghz 和 2.78ghz3.49ghz,相对带宽 达16.5%左右，覆盖了天线的驻波频带。通信和雷达系统的发展对天线提出了越来越高 的要求。在通信系统中，为了增加通信容量，要求 天线为双极化工

39、作。能够实现双极化工作的天线形 式有很多种，微带天线由于其馈电网络、辐射单元 的设计比较灵活，加工成本比较低，便于批量生产 等优点，因此微带天线实现双极化已经得到了广泛 的关注。为了展宽微带双极化天线的带宽，已有不少学 者进行了研究。近年来缝隙耦合馈电方式的微带双 极化天线已经显示出了明显的优势，它采用层状结 构的馈电方式，可以得到比较宽的工作频带。本文 制作并测量了一种基于 h形缝隙耦合的宽带双极化 微带天线，两个正交极化的线天线一致性非常好，驻波小于-10db的相对带宽均达12%,双极化端口的隔 离度达到-30db,方向图前后比达19db,交叉极化 小于-23db,最大增益值为 6.6db

40、左右，3db增益带宽 达16.5%,实现了低后瓣宽带双极化微带天线的设 计。参考文献1 david m.pozar,a microstrip antenna aperture coupled to a microstrip line j e1ectronlett,1985,21(1) : 49502 vivek rathi, girish kumar and k.p.ray. improved coupling for aperture coupled microstrip antennas, ieee trans antennas propagat, 1996, 44(8):1196-119

41、83 t vlasits, performance of a cross aperture coupled single feed circularly polarized patch antenna j electron.lett, 1996, 3(7):612-6134 c y huang, cross slot coupled microstrip antenna and dielectric resonator antenna for circular polarization j ieee transactions on antennas and propagation, 1999,

42、 47(4):605-6095 c y huang, circularly polarized square microstrip antenna using an inclined asymmetric coupling slot j microwave opt.technol.lett, 2000, 28(1):43-456 r.v.hara prasad. microstrip fractal patch antennafor multi-band communication j. electronics letters, 2000, 36(14): 1179-1180.作者简介：张辉，

43、女，博士研究生，主要研究领域为电磁数值计算、左手材料、微波电路。赵彬，男，讲师，主要研究领域为计算机应用、系统检测和系统加密等。袁乃昌，男，教授，博导，主要研究领域为目标与环境特性、超宽带技术及光子晶体等。# -双频微带天线的设计罗 建 罗正祥 羊 恺 马景民(电子科技大学光电信息学院，成都610054)摘 要： 为了适应现代双频通信系统的要求，双频天线必须具有小尺寸和频率易调的特点。通过在h 形微带天线的辐射边附近采用 u 形缝隙加载，在单层微带天线上实现了双频效果。和常规的双频微带天线相比，该 天线的尺寸可以大大减小。通过改变天线的尺寸参数，高频段和低频段可以很容易的调节，本设计中得到的频

44、率比范围是1.716-2.363。该天线在两个频段有相同的极化平面和较宽的辐射波束。关键词 ： 微带天线；双频； u 形缝隙； h 形天线dual-frequency microstrip antenna designluo jiang luo zhengxiang yang kai ma jiangming(school of photoelectric information , university of electronic science and technology of china, chengdu 610054)abstract ： to satisfy requirement

45、s of modern dual-frequency communication systems the antenna should have the characteristics of compact size and easy frequencies tuning a novel compact single layer dual-frequency microstrip antenna is designed in this paper， which used an h shaped geometry with four u shaped slots embedded near th

46、e radiation edges this antenna can realize a significant size reduction comparing to regular dual-frequency microstrip patch antenna the lower and higher resonant frequencies can be tuned easily by changing the design parameter， and a various frequency ratios。. 71 6 2. 363)can be obtained in the des

47、ign. for the two operating frequencies of the proposed antenna， the same polarization planes and broadside radiation patterns are obtainedkey words ： microstrip antenna ， dual-frequency ， u-shaped slots， h-shaped antenna 15 1 前言由于微带天线的诸多优点，微带天线在现代通信中得到了广泛的应用，特别是在微带天线的设计中，两个或多个频段的通信系统是无线通信发展的一个重要方向，

48、因此双频(或多频)微带天线成为微带天线近年来的研究热点。天线双频工作，通常可以通过以下几种方法实现： (1) 多贴片； (2)缝隙加载；(3)集总元件加载(包括短路针 ) ； ( 4)双馈点。为满足设计要求，在此我采用缝隙加载和曲流技术来设计一个双频微带天线。2 双频微带天线的设计本文采用 u 形缝隙加载h 形的微带结构来实现双频，下面将对此设计进行详细介绍。为了减小天线轮廓的尺寸，可利用曲流原理采用 h 形的轮廓。h 形的轮廓降低了天线的谐振频率，可以使天线的尺寸大减小。 这里有两种方法使h 型的微带贴片天线达到双频工作的效果，一是在 h 型的微带贴片上加上短路针可以实现双频效果，另一种是在

49、 h 型的微带图 1。因为 h 型微带贴片加载u 型缝隙的设计方法，可以通过改变其中对应的参数，较方便的实现对高频谐振频率和低频谐振频率的单独调节，这样可以较容易的达到设计要求。该天线的几何外形如图 1所示。h形天线拉长 了原先矩形贴片天线上电流的路径，降低了天线的 谐振频率，这样可以使天线尺寸缩小很多。在天线 的总尺寸固定的情况下，在没有加缝隙时，可以通 过改变d的大小来改变天线的谐振频率。在常规矩 形天线的辐射边附近加上两条矩形或者u形缝隙就可以产生双频的效果，其中主要是利用天线的tm10和tm30两种谐振模式，因为 tm20的辐射方向图有 较大的零点，而tm10和tm 30的辐射特性相似

50、。本设 计中在h形天线上采用四个不等长度的u形的缝隙加载，采用不等的四个 u形的缝隙加载主要是为了 增大高频的带宽。其主要思路是使用多个相邻谐振 频率来增加高频的带宽，同时可以产生双频效应，还 可以进一步减小天线的尺寸。由于靠近贴片辐射边 的u形缝隙对tm io模式电流分布的影响甚微， 所以 fio主要取决于原始的 h形天线的几何外形，因此可 以通过改变d的大小来改变f10 ；相反tm 30模式的电 流分布受d大小的影响相对较小，而它在u形缝隙附近的电流相对集中，受ln1, ln2 , ln3的影响相对较大，所以可以通过改变 ln1,ln2,ln3的大小来改变 f30。这样，天线设计者就可以通过只改变天线的一 个或几个参数来分别调节f10和f30 ,从而避免了其他双频天线设计中经常出现的两个频率互相影响而 很难调节和控制的缺点，使得双频天线的设计更为 方便和快捷。另外，在介质层中上层（ 几）采用介 电常数为2.65的聚氟四乙稀，其主要目的是为减小 天线的厚度，介质层的下层（h2）采用介电常数为1 的空气，其主要目的是为了增加天线的带宽。图13微带双频天线的仿真与优化设计本次设计的最终目的是为了得到一个能工作在890至960mhz频率范围及1710至1880mhz频率范 围的微带双频天线。其主要技术指标为：a.输入端口阻抗：50q; b.端口驻波比3;