文档介绍：第 28 卷第 5 期
2007 年 9 月
遥测遥控
Journal of Telemetry , Tracking ,mand
Vol . 28 , №. 5
September 2007
超宽带渐变缝隙天线
***程1 ,2 ,
何国瑜1
(1 北京航空航天大学电子信息工程学院北京 100083
2 北京遥测技术研究所北京 100076)
摘要:设计一种新型超宽带平面渐变缝隙天线,采用微带线到缝隙线过渡的馈电方式制作在微波介质基片上。文
中从频域和时域两方面对天线的超宽带性能进行了分析。仿真和实验结果显示,该天线具有超宽带、定向方向图和时域性能好等优点,适合超宽带无线通信使用。
关键词:超宽带; 缝隙天线; 时域性能
中图分类号: TN823 + . 24
文献标识码:A
文章编号: CN11 - 1780 (2007) 05 - 0001 - 05
引言
由于美国联邦通信委员会( FCC) 颁布了 3 . 1~10 . 6 GHz 超宽带用于民用无线通信系统的前提是信号的有效同向辐射功率( EIRP) 不超过- 41 . 25dBmΠMHz1 , 因而该超宽带系统的作用距离是很有限的。为
了提高天线链路的工作质量,改善通道容量和作用距离,需要拥有高增益的定向系统来支持。解决这个问题的有效方法之一是采用超宽带天线阵。
作为超宽带天线阵的阵单元,目前最常用的有以下几种候选天线形式:平面螺旋天线、对数周期天线和 Vivaldi 天线。平面螺旋天线需要一个相当大的馈电腔2 ,影响天线阵的集成,而且该天线对短脉冲波
形存在较大的失真。对数周期天线在整个工作频率范围内没有固定的相位中心,对短脉冲信号响应存在严重的“振铃”现象,天线输出信号的波形严重失真3 。与平面螺旋天线和对数周期天线相比,Vivaldi 天线具有体积小和相位中心比较固定的特点。近年来,这类天线越来越引起人们的研究兴趣,有许多研究都
集中在它的超宽带和集成性能上4 。而且,这类天线和由它组成的天线阵已经应用于卫星通信、遥感和
射电望远镜等领域5 ,6 。
本文提出一种超宽带平面渐变缝隙天线,该天线类似 Vivaldi 天线,采用扇形开路微带线到缝隙线的宽带馈电结构,缝隙的边界是椭圆形渐变的。研究结果显示,该天线在 3 . 1~10 . 6 GHz 频率范围内具有良好的频域特性和时域特性,是超宽带天线阵的最佳阵单元。
1 渐变缝隙天线的几何结构
图 1 为该渐变缝隙天线的几何结构图。渐变缝隙和天线的地均通过光刻腐蚀方法制作在介电常数
εr = 4 . 7 、厚度为 1 . 5mm 的 F4 微波介质基片的一面上,而具有扇形结构(扇形半径 MR = 5 . 1mm) 的开路微带馈电线印制在该介质基片的另一面上。缝隙线从圆形缝隙短路端( 圆半径为 2 . 3mm) 开始,然后按椭圆
形状渐变,缝隙宽度逐渐变宽形成一个向外辐射的缝隙开口。缝隙渐变的外形是以长半径为 A = 40mm ,
短半径为 B = 20mm 的椭圆来定义的。分别腐蚀在双面印制板的上、下两面的短路缝隙线和开路微带线相互正交。这种馈电结构来源于微波电路中的信号传输电路设计,它具有宽带传输特性( 其详细分析将在下节进行) 。天线信号通过开路微带馈电线耦合传输到圆形