计算机论文：L形探针馈电的E形宽带微带天线仿真分析与设计

　　计算机论文：L形探针馈电的E形宽带微带天线仿真分析与设计

　　摘 要:随着无线通信系统的广泛应用，通信系统不断向着更宽的频段发展，为了改善微带天线带宽窄的缺点，设计了一款L形探针馈电的E形宽带微带天线。通过将矩形贴片设计为“E”形结构和运用L型探针耦合馈电代替传统的微带同轴馈电的方法，有效增加了微带天线的阻抗带宽。通过对E形缝隙长度和宽度，L形探针高度和长度参数进行优化，并根据优化结果设计的L形探针馈电的E形微带天线，其-10dB阻抗带宽可达33.3%，达到了展宽微带天线带宽的目的。

　　关键词: E形微带天线；L探针馈电；宽带；无线通信系统

　　1 引言

　　微带天线由于其剖面薄、体积小、重量轻、成本低、易于大批生产、易集成、具有多频段多极化能力等优点被广泛应用于无线通信系统中[1]。微带天线的主要缺陷是带宽窄，一般未采取扩频措施时其带宽仅有百分之几。为了克服这个缺点，研究人员引入一些技术以增加带宽。比如采用低介电常数的介质基板，辐射贴片的表面开槽[2-4]等方法。文献[2]首次提出了使用E形微带天线，作者指出这种结构不仅能够保证天线设计的简单性，同时可以获得30％的带宽。文献[5-6]提出采用L形探针馈电的微带天线。作者指出普通的探针馈电会引入电感，L形探针的引入将会引入电容效应，以抵消电感的影响，这也将增大天线的带宽。

　　本文设计了一款L形探针馈电的E形微带天线，并作了较全面的计算机仿真论文分析，着重研究了E形槽的长度、宽度和L形探针的高度、长度对天线回波损耗的影响，总结了相应的规律。

　　2 天线结构

　　本设计天线的结构如图1所示，其主要是由E形辐射贴片、基板、L形探针构成。本设计中介质基板选用空气基片，介电常数。空气基板的厚度为。E形贴片的尺寸为，其中E形缝隙槽的长度为，E形缝隙槽的宽度为。E形缝隙槽的引入改变了传统矩形贴片天线的电流分布，使其产生不同的电流路径，从而构成两个相临近的谐振频率，以实现天线宽频带的目的。L形探针的高度为，L形探针的长度为。L形探针的引入将会抵消探针直接馈电所引入的寄生电感，从而实现天线的宽频带特性。

　　图1 L形探针馈电的E形微带贴片天线结构图

　　(a) 正视图 (b) 侧视图 (c) 三维图

　　3 天线参数研究

　　为了进一步研究天线的性能和天线的结构参数，用有限元仿真软件HFSS对L 形探针馈电的E形微带天线进行系统的仿真分析。为了得到最佳的带宽特性，研究了如下参数对天线回波损耗的影响：缝隙槽的长度、缝隙槽的宽度、探针的高度、探针的论文发表长度。

　　3.1 缝隙槽长度对天线性能的影响

　　图2显示了缝隙槽长度变化时，的变化曲线。从图中可以看出，增加时，谐振点的参数越小。这主要是由于增大时，表面电流路径增加，因此谐振频率处的越好。

　　图2 缝隙槽长度变化时变化曲线

　　3.2 缝隙槽宽度对天线性能的影响

　　图3 显示了缝隙槽宽度对天线参数的影响，从图中可以看出， 增加时，天线高频段谐振点的参数变差。这是由于宽度的增加削弱了双频特性。而当减小时，其回波损耗特性越好。

　　图3 缝隙槽宽度变化时变化曲线

　　3.3 探针高度对天线性能的影响

　　图4给出了探针高度对天线参数的影响。从中可以看出取值较小时，其回波损耗特性较差，随着取值的增加，其回波损耗特性越好。这主要是由于探针所引入的电容特性抵消了贴片上的电感效应。

　　图4 探针高度变化时变化曲线

　　3.4 探针长度对天线性能的影响

　　图5显示了探针长度变化时的变化情况。可以看出，不同的取值，其参数的变化较大。取值过大或者过小时，其宽带特性都较差。这主要也是由于探针所引入的电容效应减小所致。

　　图5 探针长度变化时变化曲线

　　3.5 最优仿真结果

　　表1 根据上述参数分析确定了最优的参数。

　　表1 最优天线参数值 (单位：mm)

　　图6 给出了最优参数所确定的变化曲图。从图中可以看出，其频率范围为1.88GHz到 2.63GHz，带宽为33.3%。

　　图6 曲线图

　　4 结束语

　　利用L形探针馈电和E形开槽技术，改善了微带天线频带窄的缺点。利用HFSS对该天线的开槽的长度，宽度以及探针的高度，长度进行分析，得出各个参数对天线回波损耗的影响，验证了L形探针馈电的E形微带天线宽频带特性的有效性。这对设计适用于无线通信系统中的天线有一定的参考价值。

　　参 考 文 献

　　[1] W.L.Stutzman, G.A.Thiele, Antenna Theory and Design, 2nd [M],New York:Wiley,1998.

　　[2] Fan Yand, Xue-Xia Zhang, Xiaoning Ye,et al. Wide-Band E-Shaped Patch Antennas for Wireless Communicaitons[J], IEEE Trans. Antennas Propag., Vol.49, 2001,pp.1094-1100.

　　[3] 郑娟. 适用于太赫兹通信系统的E形微带天线设计[J]. 电子制作,2013,(14):15.

　　[4] 王抗美. 基于C波段的E形微带天线的仿真计算[J]. 大学物理实验,2011,24(01):77-78.

　　[5] 王玉峰,龚传,林鑫超. 一种高增益高极化隔离的宽频带L探针馈电E形微带天线[J]. 通信对抗, 2011,(03): 47-51.

　　[6] 叶剑锋,国强,王玉峰. L形探针耦合馈电E形层叠微带天线[J]. 哈尔滨理工大学学报，2013,18(04): 94-97.