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1、寬帶印刷偶極子天線設(shè)計(jì)何慶強(qiáng)何海丹(中國西南電子技術(shù)研究所，成都610036)摘要：構(gòu)建了一個(gè)寬帶印刷偶極子天線，基于等效電路模型進(jìn)行分析，給出了一套完整的設(shè)計(jì)計(jì)算公式。采用該方法進(jìn)行設(shè)計(jì)，可一次成功，不必進(jìn)行參數(shù)掃描和優(yōu)化。給出的例子所得天線帶寬達(dá)到54.15%，優(yōu)于最新的國內(nèi)外報(bào)道。關(guān)鍵詞：偶極子，巴倫，等效電路，寬帶DesignofaBroadbandPrintedDipoleAntennaHeQingqiangHeHaidan(SouthwestChinaInstituteofElectronicTechnology,Chengdu61003
2、6)Abstract:Abroadbandprinteddipoleantennaiscreated.Basedontheanalysisofequivalentcircuitmodel,aperfectdesigningcalculatedprocessisgiven.Applyingtheproposedmethod,thedipoledesigncanbesuccessfuloncetimeanddoesn’tneedparametertuneandoptimization.Thedesigneddipoleobtainsa54.15%band
3、widthandhasabetterwidebandcharacteristiccomparedwithrecentreports.Keywords:Dipole;Balun;Equivalentcircuit;Broadband圖中實(shí)線部分為天線結(jié)構(gòu)示意圖，該天線印刷在厚1引言度為h，介電常數(shù)為ε的介質(zhì)板上。印刷振子輻射r臂長為Lt，寬為Lw；振子的下底長為LH，寬為Ld。印刷巴倫偶極子天線最早研究起源于1974年[1]在振子的中間，刻有一縱向長槽，長為Lab，寬為Sw。。最近幾年的研究表明：通過快速的單元模型分析[2]該天線采用標(biāo)準(zhǔn)的50歐SMA
4、饋電。計(jì)算，天線帶寬可以達(dá)到18%；通過采用V形地[3]L平面，天線帶寬可以達(dá)到33%以上；通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)t參數(shù)優(yōu)化，天線的帶寬可以達(dá)到40%[4]；采用等效電()wlD()wlbb,aa,LwD′路優(yōu)化結(jié)合周期性加載原理，印刷偶極子天線的帶[5]SwLab寬可以達(dá)到47.8%。在這篇文章里，我們基于等效電路模型進(jìn)行分L析，計(jì)算出了偶極子天線的物理參數(shù)尺寸。采用該H方法進(jìn)行設(shè)計(jì)，可一次成功，無須參數(shù)優(yōu)化，所得()wlff,天線的帶寬可達(dá)54.15%，優(yōu)于文獻(xiàn)[1-5]給出的設(shè)計(jì)Ld結(jié)果。圖1印刷偶極子天線幾何結(jié)構(gòu)及其參數(shù)2等效電路模型分析與設(shè)計(jì)在圖1中
5、，所示虛線結(jié)構(gòu)是印刷巴倫匹配電路結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)可視為由兩段傳輸線組成。它們的寬’圖1給出了偶極子天線的幾何結(jié)構(gòu)及其參數(shù)。分別為wa和wb，長分別為la和lb，并在長槽D-D的中心處短接。位于下底端的信號(hào)輸入主饋線的寬·145·為wf，長為lf?？梢员硎緸閳D2給出了該天線的等效電路圖。由圖可知，2παβπμ=≈fγ≈（8）傳輸線內(nèi)導(dǎo)體a與主饋線相連，特性阻抗為Za；傳λ輸線內(nèi)導(dǎo)體b終端開路，特性阻抗為Zb；Zab是由兩在式（8）中，f是工作頻率，μ是磁導(dǎo)率，γ根傳輸線的外導(dǎo)體（接地板）構(gòu)成的平衡式短路線是電導(dǎo)率，λ是工作波長。特性阻抗；主饋線特性阻抗為Z
6、f。根據(jù)傳輸線理論，基于上面的分析，可以得出如下設(shè)計(jì)步驟：①有根據(jù)偶極子輻射臂幾何參數(shù)，應(yīng)用公式（7）計(jì)算出ZjBbb=?Zctanθ（1）阻抗ZR；②取饋電端口阻抗Zf=?50，應(yīng)用公式ZjABa=Zbatanθb（2）（6）計(jì)算出阻抗Za，進(jìn)一步確定其微帶傳輸線a的于是，從D-G端看進(jìn)去的阻抗ZDG為尺寸(wlaa,)和信號(hào)輸入主饋線的尺寸(wlf,f)；③jZZtanθRabab由(wl,)確定微帶傳輸線b的尺寸(wl,)；④確ZjDG=?Zbctanθb（3）aabbZj+ZtanθRabab定縱向長槽阻抗Zab，進(jìn)一步確定長槽的幾何尺寸從而
7、有輸入阻抗為(SLwa,b)；⑤根據(jù)計(jì)算的幾何尺寸建模，得到所需Zj+ZtanθDGaaZZ=（4）ina的偶極子天線。Zj+ZtanθaDGaZθb3應(yīng)用實(shí)例bθabFθaD′印刷偶極子刻飼在厚度為h=1mm，介電常數(shù)為ε=2.1的Teflon介質(zhì)板上。印刷振子輻射臂長為rDZRZabLt=0.46λ（約為線偶極子天線的諧振長度），寬為L=0.13λ（λ是工作波長，中心頻率為1.3GHz）。wZa根據(jù)公式（7）得出。GZR=?166.3（9）由公式（6）算出圖2印刷巴倫天線等效電路模型Z=?91.1（10）a如果讓?duì)?=θπ2，根據(jù)公式（3）可以得
8、bab由微帶線公式，可以算出與主饋線相連的傳輸出線段的帶寬和長度分別為（wh≤2）aZ=Z（5）DGR?zε
