缺陷地结构在微带天线小型化中的应用

ａ竹弑２０１４年第２７卷第９　Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　Ｓｃｉ．＆Ｔｅｃｈ．／Ｓｅｐ．１５．２０１４　缺陷地结构在微带天线小型化中的应用　陆汉阳，戴　维，朱卫民　（合肥工业大学电子科学与应用物理学院，安徽合肥２３０００９）　摘要给出一种利用缺陷地结构实现天线小型化的方法，将缺陷地结构用于微带天线小型化的设计中，并对缺　陷结构的尺寸与天线小型化的效果进行了分析。采用Ａｎｓｏｆｔ　ＨＦＳＳ进行仿真，在谐振频率为２．４５　ＧＨｚ的微带贴片天线　的介质板上引入一种新型缺陷地结构，比较加入缺陷地结构前后天线的各项参数。其结果表明，该结构在保证天线性　能的情况下，天线体积减小了３Ｏ％以上。　关键词微带天线；缺陷地结构；慢波效应；回波损耗　中图分类号ＴＮ８２８．６　文献标识码Ａ　文章编号１００７—７８２０（２０１４）０９—１１２—０３　Ｍｉｃｒｏｓｔｒｉｐ　Ａｎｔｅｎｎａ　Ｍｉｎｉａｔｕｒｉｚａｔｉｏｎ　Ｕｓｉｎｇ　Ｄｅｆｅｃｔｅｄ　Ｇｒｏｕｎｄ　Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ＬＵ　Ｈａｎｙａｎｇ．ＤＡＩ　Ｗｅｉ．ＺＨＵ　Ｗｅｉｍｉｎ　（Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　Ｓｃｉｅｎｃｅ＆Ａｐｐｌｉｅｄ　Ｐｈｙｓｉｃｓ，Ｈｅｆｏｉ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈｅｆｏｉ　２３０００９，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ　Ａｎ　ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ　ｍｉｃｒｏｓｔｒｉｐ　ａｎｔｅｎｎａ　ｍｉｎｉａｔｕｒｉｚａｔｉｏｎ　ｍｅｔｈｏｄ　ｉｓ　ｐｒｏｐｏｓｅｄ　ｆｏｒ　ｍｉｃｒｏｓｔｒｉｐ　ａｎｔｅｎｎａ　ａｒｒａｙ　ｕｓｉｎｇ　ｄｅｆｅｃｔｅｄ　ｇｒｏｕｎｄ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｅｔｃｈｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｇｒｏｕｎｄ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｍｉｃｒｏｓｔｒｉｐ　ａｎｔｅｎｎａ．Ｔｈｅ　ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ　ｂｅｔｗｅｅｎ　ｔｈｅ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ａｎｔｅｎｎａ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｓｉｚｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ＤＧＳ　ｉｓ　ｓｔｕｄｉｅｄ．ＨＦＳＳ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｓｈｏｗｓ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｓｉｚｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ａｎｔｅｎｎａ　ｗｉｔｈ　ＤＧＳ　ｉｓ　ｍｏｒｅ　ｔｈａｎ　３０％ｓｍａｌｌｅｒ　ｔｈａｎ　ｔｈａｔ　ｗｉｔｈｏｕｔ　ｉｔ．ａｎｄ　ｔｈｅ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ａｎｔｅｎｎａ　ｗｉｔｈ　ＤＧＳ　ｉｎｄｉｃａｔｅｓ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ＤＧＳ　ｉｓ　ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ　ｉｎ　ａｎｔｅｎｎａ　ｍｉｎｉａｔｕｒｉｚａｔｉｏｎ．　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ　ｍｉｃｒｏｓｔｒｉｐ　ａｎｔｅｎｎａ；ｄｅｆｅｃｔ　ｇｒｏｕｎｄ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ；ｓｌｏｗ　ｗａｖｅ　ｅｆｆｅｃｔ；ｒｅｔｕｒｎ　ｌｏｓｓ　随着无线通信技术的快速发展，无线通信设备在　人们日常生活中的应用越来越广泛，人们对于便携通　信设备的要求也向小型化多功能方向发展。天线作为　无线通信的进出口，在一定程度上影响着无线通信系　统的性能，且天线的尺寸也是无线通信终端尺寸的主　要决定因素。在众多的实用天线中，微带天线具有剖　面低、价格便宜、重量和体积小、制造简单，并且容易与　射频微波电路集成等优点，故被广泛应用于无线通信　领域。　天线的小型化是设备小型化的基础，微带天线小　型化研究已成为当今热点。天线的小型化是指在特定　的工作频率上，在天线能够达到指定要求时对天线尺　寸的减小。目前，微带天线小型化的方法主要是采用　特殊的基板、天线加载技术、特殊形式贴片和曲流　技术　。　当天线的谐振频率一定时，微带天线的尺寸与有　效介电常数　的平方根成反比，因此，增大天线的有　效介电常数可减小天线的尺寸。文献［２］中，Ｍ．Ｓｕｎ，　Ｙ．Ｐ．Ｚｈａｎｇ采用介电常数为７．８的ＬＴＣＣ材料作为基　片，阻抗带宽为９．２５　ＧＨｚ的超宽带天线可设计在　收稿日期：２０１４—０２－２０　作者简介：陆汉阳（１９８１一），男，硕士研究生。研究方向　天线理论与教学论。Ｅ—ｍａｉｌ：ｌｕｈａｎｙａｎｇ８１＠１６３．ｃｏｍ　１７　ｍｍ×１０　ｍｍ×１　ｍｍ的体积上，天线的尺寸减小　４０％。但介质介电常数的增大会减小天线的带宽，增益　也会相对减小，且具有高介电常数的介质材料损耗通常　均较大，这也会导致天线辐射效率降低，辐射性能变差。　在微带天线的终端加载短路贴片是减小微带贴片　天线尺寸的有效方法。通过引入长度约为１／４波长的　金属贴片或一排有序的探针，构成辐射贴片与地板短　路的结构，等于在微带天线的等效电路中引入了电感　与电容，通过调节短路探针在贴片上的位置和相互间　的距离，使得短路探针呈感性电抗，由此可降低天线的　谐振频率，进而实现天线的小型化。文献［３］中，　Ｊｉｅｈ—Ｓｅｎ　Ｋｕｏ应用短路技术，使得工作在ＴＭ　。矩形微　带天线（ＳＲＭＡ）、ＴＭ　圆形贴片微带天线尺寸缩减了　１／２。文献［４］中，Ｒ．Ｗａｔｅｒｈｏｕｓｅ在圆形微带贴片天线　上加载了一个短路探针，天线的谐振频率明显下降。　但短路针所处的位置，以及探针半径和与馈电点的距　离均在一定程度上影响了阻抗匹配的优劣，若阻抗匹　配受到影响，则会使天线的带宽减小。　采用特殊形式的贴片原理是改变天线的形状和结　构，使其等效长度大于物理长度，进而实现天线的小型　化。近年来，为了适应现代无线通信发展的需求，众多　特殊形状的天线被提出，并获得了广泛应用　Ｊ。贴片　表面的曲流技术和采用特殊形式的贴片在原理上相一　１１２——ＷＷＷ．ｄｉａｎｚｉｋ叫ｉ．ｏｒ！ｌ

　陆汉阳，等：缺陷地结构在微带天线小型化中的应用　

－９０　频率／ＧＨｚ　图３天线的回波损耗　Ｏ　

３结束语　一１８０　图４　Ｅ面方向图　０　

本文将缺陷地结构应用于天线的小型化，在原理上　缺陷地结构融合了高效介电常数的介质和曲流技术两　种方法。在引入缺陷地结构前后，工作频率为２．４５　ＧＨｚ　的微带贴片天线尺寸由２８．１　ｔｏｎｉ　ｘ　３７．２６　ｍｌｎ缩小为　２６．５　ｔｈｉｎ　ｘ２６．８６　Ｂｉｎ，尺寸减小了３０％以上。文中提出　的缺陷地结构加工简单，无需耗费成本，并在天线小型　化的发展中具有良好的应用前景。　・＋一＋”＋　（上接第１１ｌ页）　参考文献　［１］　［２］　［３］　［４］　［５］　ｌｌ４　参考文献　［１］　［２］　

［３］　［４］　［５］　［６］　［７］　

［８］　［９］　薛睿峰，钟顺时．微带天线小型化技术［Ｊ］．电子技术，　２００２（３）：６２—６４．　ＳＵＮ　Ｍ，ＺＨＡＮＧ　Ｙ　Ｐ．Ｍｉｎｉａｔｕｒｉｚａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｐｌａｎａｒ　ｍｏｎｏｐｏｌｅ　ａｎ—　ｔｅｎｎａｓ　ｆｏｒ　ｕｈｒａｗｉｄｅ—Ｂａｎｄ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ［Ｃ］．Ｃａｍｂｒｉｄｇｅ，Ｕ　Ｋ：Ｉｎ　Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇ　ＩＥＥＥ　Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎ　Ｗｏｒｋｓｈｏｐ　ｏｎ　Ａｎｔｅｎｎａ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｓｍａｌｌ　Ａｎｔｅｎｎａｓ　ａｎｄ　Ｎｏｖｅｌ　Ｍｅｔａｍａｔｅｒ，２００７：　１９７—２００．　ＫＵＯ　Ｊｉｅｈｓｅｎ，ＷＯＮＧ　Ｋｉｎｌｕ．Ａ　ｃｏｍｐａｃｔ　ｍｉｃｒｏｓｔｒｉｐ　ａｎｔｅｎｎａ　ｗｉｔｈ　ｍｅａｎｄｅｒｉｎｇ　ｓｌｏｔｓ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｇｒｏｕｎｄ　ｐｌａｎｅ［Ｊ］．Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ　ａｎｄ　Ｏｐｔｉｃａｌ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｌｅｔｔｅｒｓ，１９９６，２９（２）：９５—９７．　ＷＡＴＥＲＨＯＵＳＥ　Ｒ．Ｓｍａｌｌ　ｍｉｃｒｏｓｔｒｉｐ　ｐａｔｃｈ　ａｎｔｅｎｎａ［Ｊ］．Ｍｉ—　ｃｒｏｗａｖｅ，２００１，２９：９５—９７　ＣＨＥＮ　Ｌｏｎｇｔｅｕ，ＷＯＮＧ　Ｋｉｎｌｕ．Ｓｍａｌｌ　ｃｉｒｃｕｌａｒ　ｍｉｅｒｏｓｔｒｉｐ　ａｎ—　ｔｅｎｎａ　ｗｉｔｈ　ｄｕａｌ—ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　ｏｐｒａｔｉｏｎ［Ｊ］．Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ　Ｌｅｔ—　ｔｅｒｓ，１９９７（３３）：１１１２—１１１３．　荣凤梅，龚淑喜，何秀莲．利用开槽和短路探针加载减缩　微带天线ＲＣＳ［Ｊ］．西安电子科技大学学报：自然科学　版，２００６，３３（３）：４７９—４８１．　ＭＩＮＷＯＯ　Ｋ，ＳＵＮＪＵ　Ｐ．Ａ　ｎｅｗ　ｅｃｔｒａｃｔｉｏｎ　ｍｅｔｈｏｄ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ　ｉｍｐｅｄａｎｃｅ　ａｎｄ　ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ　ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ　ｃｏｎｓｔａｎｔ　ｏｆ　ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ　ｌｉｎｅ　ｗｉｔｈ　ＤＧＳ［Ｊ］．ＩＥＥＥ　Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎ　Ｓｙｍｐｏｓｉ—　ｕｍ　ｏｎ　Ｒａｄｉｏ—Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　Ｉｎｔｅｇａｔｉｏｎ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２００９（６）：　２６５—２６８．　李明洋，刘敏，杨放．ＨＦＳＳ天线设计［Ｍ］．北京：电子工业　出版社。２０１１．　ＤＥＹ　Ｓ，ＭＩＴＦＲＡ　Ｒ．Ｃｏｍｐａｃｔ　ｍｉｃｒｏｓｔｒｉｐ　ｐａｔｃｈ　ａｎｔｅｎｎａ［Ｊ］．　Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ　ａｎｄ　Ｏｐｔｉｃａｌ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｌｅｔｔｅｒｓ，１９９６，１３（１）：　】２一】４．　

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ＷＷＷ．ｄｉａｎｚｉｋｅｊｉ

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