KU波段串馈微带贴片天线设计分析
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宽带串馈印刷偶极子的设计
陈常杰，吴炎惊，盛海强
（西安电子科技大学电子工程学院，西安 710071）
摘要： 本文给出了一种印刷偶极子天线，在薄电介质板的正反两面分别刻上偶极子的臂，偶极子通过平行带线连接。
这样的设计具有宽频效应，因而可以应用于无线通信系统的基站中。
它的优势在于其结构简单，易于加工。
关键词： 基站天线印刷偶极子
Design of Broad-band printed strip dipoles
Chenchangjie, Wuyanjing,Shenghaiqiang
(Xidian University SEE, Xi’an, 710071)
Abstract: The design of antennas consisting of two strip dipoles the arms of which are printed on opposite sides of an electrically thin dielectric substrate and connected through a parallel stripline is presented. The antennas are designed to have broad-band capability suitable for application in base stations of wireless communication systems. An important advantage of these antennas is their simple structure, allowing them to be readily manufactured as printed circuits.
key words: Base station antennas, printed strip dipoles.
1 引言
随着基站数量的增长，蜂窝通信系统应用的越来越普遍。
商用的无线通信系统相应的需要低成本的微波元器件和天线。
薄电介质板的印刷偶极子作为辐射器，由于它的重量轻，易于加工，同时可以提供相对宽的带宽和高极化纯度，可以广泛的应用于基站天线。
印刷偶极子由于可以同微波集成电路集成，所以广泛用于相控阵天线。
运用平行带线的公用网络馈电并且加上底板反射的双面印刷偶极子阵已经应用于雷达和很多的军事领域，其中便携式的圆柱阵列天线全向覆盖并且具有很大的带宽就已经广泛应用了。
这种印刷偶极子也已经考虑应用于远红外和毫米波成像系统中了。
本文将介绍这种成本低、简单易于加工的印刷偶极子的设计和其宽带特性。
天线由贴在介质板两边的两个不同长度、通过微带线连接的印刷偶极子组成[1]。
通过调整印刷偶极子的臂长、偶极子之间的间距和连接微带线的宽度，从而达到在要求的频带内最佳的阻抗特性。
把天线置于反射板上，并对反射板进行赋形，可以得到宽带的辐射方向图特性[2]。
陈常杰 男 1980年出生 湖南郴州人 西安电子科技大学02级在读硕士研究生
2 天线结构
如图1所示，天线包含有两个串馈的印刷偶极子[3]，偶极子的臂分别刻在薄介质板的正反两面。
两个印刷偶极子的长度不同，长偶极子工作于低的谐振频率，短偶极子工作于高的谐振频率，它们通过平行带线连接。
天线通过同轴线馈电。
由于天线的端射特性，置于底板上的天线仍然保持了宽带特性。
图1 印刷偶极子结构
图2 天线置于反射板上
Fig.1 Configuration of a printed strip dipole antenna Fig.2 Configuration of printed dipole antenna
above a shaped reflector
宽带天线的设计可以通过调节两个偶极子分别在高于和低于中心频率的频率谐振来实现，它们直接连接如图1所示。
带宽的拓宽是通过一步步的调节上下偶极子的长度差慢慢实现的。
介质的引入使得波在连接线的传播速度减慢，同时也增大了天线的方向系数，保证了宽频内最大辐射在端射方向。
连接线的特性阻抗影响天线在整个频带内的特性，包括输入阻抗。
频带内，在频率较低的情况下，较长的偶极子更接近于底板，天线的特性也更多的取决于它；频率升高，短的偶极子的作用慢慢成为主导。
因此，宽带的阻抗匹配在整个作用频率内都可以实现。
3 仿真结果
这里仿真了一个例子，基板的尺寸，高1.5mm，相对介电常数r ε=2.65，并且优化出最佳的偶极子尺寸，mm W W 421==，1L =mm 30.64，2L =mm 20.76，d=mm 30。
连接线是通过带线来实现的，其宽度D W =mm 70.0。
其驻波比如图3所示。
图3 印刷偶极子在频带内的vswr
Fig.3
Calculated vswr of the printed dipole antenna
1.6
1.8
2.0
2.2
2.4
1.0
1.11.21.31.41.51.61.71.8V S W R
Frequency (GHz)
如图2，通过对反射板的赋形，可以满足频带内的方向图宽带特性。
这里取了两种情况作比较，
mm w C 120=，mm L C 0=和mm w C 80=，C L =mm 36， φ=o 15。
图4为不同反射板的印刷偶极子的驻
波比曲线图。
由于天线的端射特性，置于底板上的天线仍然保持了宽带特性。
如表1和表2所示，使用赋形的反射板时，短偶极子离反射板更近，从而反射板对天线的方向图作用更明显，使天线的增益和H 面半功率波瓣宽度在频带内变化很小。
图4 置于反射板上的印刷偶极子的vswr
Fig.4 vswr of the printed dipole antenna with reflector
表1 mm w C 120=，mm L C 0=
表2mm w C 80=，C L =mm 36， φ=o 15
Tab.1 mm w C 120=，mm L C 0= Tab.2 mm w C 80=，C L =mm 36， φ=o 15
f（GHz） Gain(dB) H 5.02θ（o ）
f（GHz）Gain(dB)H 5.02θ（o ）
1.70 8.95 86 1.70 8.16
92 1.95 8.90 88 1.95 7.86 102 2.17
8.56
91
2.17
7.33
124
4 结论
本文设计了一种串馈的印刷偶极子天线。
两个臂长接近的偶极子通过微带线连接，调整两个偶极子的间距和连接微带线的宽度，可以得到天线的宽频带阻抗特性。
对天线置于赋形反射板的电性能研究表明，该天线具有宽频带的阻抗特性和方向图特性。
这种印刷偶极子可以适用于现今无线通信系统的基站。
参考文献：
[1]F.Tefiku,“Broadband section zone base station antennas,”in IEEE AP-S Conf.Antennas Propagat.Wireless Commun.,Boston MA,Nov.1998,pp.109-112.
[2]F.Tefiku,“A broad-band antennaof double-sided printed strip dipoles,”in Int.Symp.Antennas Propagat.Tokyo,Japan ,Sept.1996 ,pp.361-364.
[3]B.Edward and D.Rees,“A broad-band printed dipole with integrated balun,”Microwave J.,pp.339-344,May 1987.
V S W R
Frequcncy (GHz)。
