摘要:設計了一種新型的基于微帶貼片饋電的介質諧振器天線.天線的介質桿設計為錐削結構，采用具有嵌入式微帶線的圓形貼片進行饋電.通過調節微帶線嵌入圓形貼片的深度和寬度，獲得較寬的阻抗帶寬.天線樣品的測試結果與設計仿真結果吻合良好.天線阻抗帶寬(|S11|<-10dB)為7.1%(5.73~6.14GHz)，頻段內的平均增益超過11.1dBi.在工作頻率5.8GHz處，天線的增益達到11.2dBi，相應的口徑效率為84.1%.

　　關鍵詞:介質諧振器;增益;口徑效率;寬頻帶;微帶線

　　0引言

　　近年來，介質諧振器天線因其自身的優勢，如尺寸小、損耗低、輻射效率高等，已被廣泛應用于現代無線通信系統中[1-3].但目前大多數的介質諧振器天線通常由高介電常數的材料構成，且介質桿的結構也比較復雜，這不僅增加了天線設計和制作的難度，而且提高了加工成本.介質諧振器天線的饋電方式靈活多樣，可采用同軸探針、孔徑耦合、共面波導等方式進行饋電，并可激勵起多種模式[4-8]，但這些饋電結構會使得天線整體結構笨重，不易于與設備集成.

　　本文提出了一種基于微帶貼片饋電的介質桿天線，采用具有嵌入式微帶線的圓形貼片對介質桿進行饋電，以獲得較寬的阻抗帶寬.為了便于加工制作，介質桿采用簡單的錐削結構[9]，所用材料選取低介電常數的聚四氟乙烯，降低諧振器的Q值，同時節約了制作成本.通過數值仿真得到天線的最佳幾何尺寸，加工了天線實物樣品，對天線的端口反射系數、輻射方向圖、增益等進行測量分析，實測結果與仿真結果吻合良好.

　　1天線結構設計

　　介質諧振器采用聚四氟乙烯材料，相對介電常數為2.08.將其放置在相對介電常數εr=2.65，長Ls=58.6mm，寬Ws=43.2mm，厚Hs=2mm的介質基板上.介質基板正面為圓形貼片和嵌入式側饋微帶線，背面為全金屬.為了使天線的結構更加牢固，介質桿底部增加半徑Rs=17.6mm的圓形托盤，并通過尼龍螺釘將其與介質基板固定.

　　2天線參數分析

　　天線的目標工作頻率為5.8GHz.天線的諧振頻率由圓形貼片半徑Rp決定.綜合考慮在5.8GHz處|S11|的值以及-10dB阻抗帶寬，選取Rp=8.6mm.介質諧振器天線的增益主要取決于介質桿的長度，可通過文獻[10]中的公式進行估算G≌M×Ldλ0，式中:G為天線增益;Ld為介質桿長度;λ0為自由空間波長;M是一個隨著介質桿長度緩慢變化的比例因子.如果介質桿的長度Ld在3λ0~8λ0之間時，M≈10，當Ld≫λ0時，M≈7.可以明顯看出，隨著介質桿長度的增加，增益逐漸增大.但考慮到聚四氟乙烯材料在實際加工制作中的難度，且隨著介質桿長度的進一步加長，天線的增益變化趨于平緩，最終選取介質桿長度為120mm.

　　3仿真和實測結果

　　對設計的微帶饋電介質桿天線進行了加工和測試.實測阻抗帶寬(|S11|<-10dB)為7.1%(5.73~6.14GHz).實測曲線比仿真曲線的中心頻率略高，而且阻抗帶寬增大，這主要是由于饋電圓貼片和介質桿之間的空氣層造成的.由于介質桿底座與基板不可能完全貼合，空氣層會使得介質諧振器的相對介電常數降低，從而導致中心頻率偏移以及阻抗帶寬增大.

　　仿真和測試的天線輻射方向圖，在5.8GHz工作頻率下H面的測量和仿真方向圖吻合良好，E面實測旁瓣略大于仿真結果，主要是由于側饋SMA接頭以及焊點產生的額外輻射引起的.

　　4結論

　　本文提出了一種基于微帶饋電的介質桿天線，采用低介電常數的聚四氟乙烯材料制成，并且具有簡單的錐削結構，通過圓形微帶貼片饋電.由建模數值仿真確定最優參數值并加工出實物.測量結果表明，天線的阻抗帶寬為7.1%(5.73~6.14GHz)，旁瓣電平為-17.3dB，工作頻率5.8GHz處增益達到11.2dBi，具有良好的性能和廣闊的應用前景.

　　參考文獻:

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