第９卷第２期 太原师范学院学报（自然科学版） Ｖｏ１．９ Ｎｏ．２ ２０１０年６月 ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＴＡＩＹＵＡＮ ＮＯＲＭＡＬ ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ（Ｎａｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｅｄｉｔｉｏｎ） Ｊｕｎ．２０１０ 一种新型的小型化微带贴片天线设计研究 陈 雪 阎元红 张文梅 （１．太原师范学院物理系，山西太原０３００１２； ２．山西大学物理电子工程学院，山西太原０３０００６） （摘要） 文章提出了一种新型的小型化微带贴片天线设计．天线同时采用贴片螺旋曲流、加载 短路探针和接地板蚀刻缝隙三种小型化方法，使得其尺寸大大减小．研究表明。天线在回波损耗ｓ １ ＜一１０ ｄＢ时的工作带宽可达到２．８８３～２．８８９ ＧＨｚ，是一种具有很好理论参考意义与实用价值的 微带天线． ［关键词］ 小型化微带天线；短路探针；蚀刻缝隙 （文章编号］ １６７２－２０２７（２０１０）０２—００７７—０３ （中图分类号］ ＴＮ８２１ ［文献标识码］ Ａ ０ 引言 随着个人通信系统的发展，天线的小型化技术 卜 已经成为一个重要的研究课题．而微带天线作为一种 使用微带贴片作为辐射元的天线，与普通天线相比，具有剖面低、体积小、重量轻、能与载体共形等优点．文献 ［５～９］提出的几种微带天线，虽然获得较宽的工作带宽，但体积相对较大，结构也比较复杂． 考虑到个人无线通信系统对天线的尺寸小、结构紧凑等具体要求，必须同时采用几种小型化技术才能保 证天线的特性． １ 新型小型化微带天线结构设计 该天线结合了贴片曲流、加载短路探针和接地板曲流三种小型化方法，结构如图１所示．在接地板上刻 蚀的矩形缝隙大小为７．８３ ｍｍ×３．４ ｍｍ，贴片尺寸为７．５ ｍｍ×３．７ ｍｍ（０．１０２ｋ ×０．０５Ｘ ）．接地板上开 缝，使贴片上电流路径增长，从而达到尺寸减小的目的．天线采用微带线馈电，微带线宽Ｗ ．在馈电端附近有 两个直径为０．４ ｍｍ的短路探针，采用短路探针可以使谐振频率降低．从图１中可以看到贴片两边结构对 称，凹槽为螺旋状结构，这种贴片曲流方法同样可以实现天线的小型化． 图１地板开缝的微带贴片天线结构 ・ Ｆｉｇ．１ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ ｔｈｅ ｇｒｏｕｎｄ ｅｔｃｈｉｎｇ ｍｉｃｒｏｓｔｒｉｐ ａｎｔｅｎｎａ ２天线性能仿真及测试结果 由于短路探针对天线特性影响非常敏感，所以调节短路探针的位置可以适当调节谐振频率．该天线加了 收稿日期：２０１０—０３—３１ 作者简介：陈雪（１９８１一），女，山东德州人，硕士，太原师范学院物理系助教，主要从事通信与信息系统研究 ７８ 太原师范学院学报（自然科学版） 第９卷 两个短路探针，和馈电端口之间形成强耦合，等效于加载了一个电容，进行阻抗补偿，使得天线在低于原来谐 振频率的位置达到阻抗匹配．另外，螺旋状的凹槽破坏了原来共振模式的电流路径，使天线的共振波长相对 变大，而左右对称的结构，可以抑制多次谐振模式的产生，从而提高天线的辐射特性．通过地板开缝的结构， 在减小天线尺寸的同时，又适当展宽了带宽．三种方法结合实现天线尺寸小型化．图２给出了经过电磁仿真 软件Ｅｎｓｅｍｂｌｅ ＳＶ仿真后的该天线的回波损耗特性曲线，输入反射系数ｓ ＜一１０ ｄＢ的阻抗带宽为２．８８３ ～２．８８９ ＧＨｚ，频带宽度为６ ＭＨｚ． Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ，ＧＨｚ 图２天线回波损耗特性仿真曲线 Ｆｉｇ．２ Ｓｉｍｕｌａｔｅｄ ｒｅｔｕｒｎ ｌｏｓｓ ｏｆ ｔｈｅ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ａｎｔｅｎｎａ 经过优化仿真，天线的部分尺寸定为：ａ：＝：７．５ ｍｍ，ｂ一２．９ ｍｍ，ａｌ一７．８３ ｍｍ，ｂ１—３．４ ｍｍ，ｗｌ＝＝＝１．Ｏ９ ｍｍ，Ｗ 一２．８ ｍｍ．并且为了和工程应用统一，方便集成，采用相对介电常数为４．４，厚度为１．６ ｍｍ的ＲＦ４一 ｅｐｏｘｙ介质基板．所实现的天线如图３所示． Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ，ＧＨｚ 图４ 天线回波损耗的测试、仿真结果比较图 图３地板开缝的贴片天线 Ｆｉｇ．４ Ｍｅａｓｕｒｅｄ ａｎｄ ｓｉｍｕｌａｔｅｄ Ｆｉｇ．３ Ｐｈｏｔｏ ｏｆ ｔｈｅ ｇｒｏｕｎｄ ｅｔｃｈｉｎｇ ｍｉｃｒｏｓｔｒｉｐ ａｎｔｅｎｎａ ｒｅｔｕｒｎ ｌｏｓｓ ｏｆ ｔｈｅ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ａｎｔｅｎｎａ 天线回波损耗的测试、仿真结果比较如图４所示，从图４中可以看出实测的天线带宽比仿真结果宽，但 谐振模式不明显，而且由于天线尺寸较小且短路探针较为敏感，使得加工出的天线出现阻抗失配，中心频率 偏离了２．８８ ＧＨｚ．所以还需要进一步微调馈电点位置及短路探针的位置．图５给出天线在频率２．４ ＧＨｚ时 的测试与仿真辐射方向图，由于在仿真时，天线的工作频率只达到２．８８ ＧＨｚ，这就导致该天线在２．４ ＧＨｚ 频率附近的增益较低． 第２期 陈雪等：一种新型的小型化微带贴片天线设计研究 ７９ ０加 ９０ 舶渤 加０ ９０ ——主极化仿真结果 口主极化测试结果 一一交叉极化仿真结果 ＋交叉极化测试结果 ２７０ ２７Ｏ ａ．Ｅ面 ｂ．Ｈ面 图５ 天线在频率２．４ ＧＨｚ时的测试与仿真辐射方向图 ｏ 舶 蜘 Ｆｉｇ．５ 书 Ｍｅａｓｕｒｅｄ ａｎｄ ｓｉ０ ｍｕｌａｔｅｄ ｒａｄｉａｔｉｏｎ ｐａｔｔｅｒｎｓ ａｔ ２．４ ＧＨｚ ３ 结论 本文主要提出了一种新型的小型化微带贴片天线设计，该天线同时采用贴片螺旋曲流、加载短路探针和 接地板曲流三种小型化方法，使得天线尺寸大大减小．研究表明，该天线在频率２．８８ ＧＨｚ处实现了６ ＭＨｚ 的工作带宽．由于该天线尺寸小，结构简单，便于集成，所以具有较高的理论研究与实用价值． 参考文献： ［１］马汉清，姜兴．一种小型化宽带贴片天线的设计［Ｊ］．广西科学院学报，２００５，２１：９４—９６ ［２３吕文俊，程崇虎，朱洪波．一种小型加载微带天线的设计ＥＪ］．南京邮电学院学报，２００４，２４（４）：３９—４３ ［３］杜国宏，黄卡玛，闫丽萍，等．小型移动终端天线设计的改进［Ｊ］．电讯技术，２００４（１）：１０２—１０６ ［４］ 吕文俊，程崇虎，朱洪波．小型平面超宽带天线的研究进展［Ｊ］．中国电子科学研究院学报，２００７，２（６）：５５６—５６０ ｒ５］李鑫，丁军，吕晓德．一种用于ＷＬＡＮ的ｕ形槽加载的双频贴片微带天线［Ｊ］．中国科学院研究生院学报，２００７，２４（３）： ３８０—３８３ ． ［６］ 高红卫，焦永昌，张福顺．一种水平极化平面印刷全向天线的设计口］．电子技术应用，２００６（３）：１２６—１２７ ［７］ 宋海，华光，洪伟．一种基于ＤＧＳ的宽带双极化三角元微带天线口］．微波学报，２００５，２１（４）：２７—３０ ［８］ Ｄａｖｉｄ Ｙａｎｇ Ｈ Ｙ．Ｍｉｎｉａｔｕｒｉｚｅｄ ｐｒｉｎｔｅｄ ｗｉｒｅ ａｎｔｅｎｎａ ｆｏｒ ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ［Ｊ］．ＩＥＥＥ Ａｎｔｅｎｎａｓ ａｎｄ Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｐｒｏｐａｇａ— ｔｉｏｎ Ｌｅｔｔｅｒｓ，２００５（４）：３５８—３６Ｉ ［９］ Ａｄｉｔｙａ Ｓ，Ｓｉｍ Ｃ Ｋ，Ｗｕ Ｄ，ｅｔ ａ１．Ｈｉｇｈ—ｇａｉｎ ２．４－ＧＨｚ ＣＰＷ ｆｅｄ ｍｉｃｒｏｓｔｒｉｐ ｐａｔｃｈ ａｎｔｅｎｎａｓ ｏｎ ｈｉｇｈ—ｐｅｒｍｉｎｉｖｉｔｙ ｓｕｂｓｔｒａｔｅｓ［Ｊ］． ＩＥＥＥ Ａｎｔｅｎｎａｓ ａｎｄ Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ Ｌｅｔｔｅｒｓ，２００４（３）：３０—３３ Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ Ｓｔｕｄｙ ｏｆ ａ Ｎｏｖｅｌ Ｃｏｍｐａｃｔ Ｍｉｃｒｏｓｔｒｉｐ Ａｎｔｅｎｎａ Ｃｈｅｎ Ｘｕｅ Ｙａｎ Ｙｕａｎｈｏｎｇ Ｚｈａｎｇ Ｗｅｎｍｅｉ （１．Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｐｈｙｓｉｃｓ，Ｔａｉｙｕａｎ Ｎｏｒｍａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｔａｉｙｕａｎ ０３００１２； ２．Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｐｈｙｓｉｃｓ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｓｈａｎｘｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｔａｉｙｕａｎ ０３０００６，Ｃｈｉｎａ） ［Ａｂｓｔｒａｃｔ３ Ａ ｎｏｖｅｌ ｃｏｍｐａｃｔ ｍｉｃｒｏｓｔｒｉｐ ａｎｔｅｎｎａ ｉｓ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ．Ｐａｔｃｈ ｅｔｃｈｉｎｇ， ｐｒｏｂｅ ｌｏａｄｉｎｇ ａｎｄ ｇｒｏｕｎｄ ｅｔｃｈｉｎｇ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ ａｒｅ ｕｓｅｄ ｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓｌｙ，ｗｈｉｃｈ ｒｅｄｕｃｅｓ ｔｈｅ ｄｉｍｅｎ— ｓｉｏｎ ｏｆ ｔｈｉｓ ａｎｔｅｎｎａ ｇｒｅａｔｌｙ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔ ｓｈｏｗｓ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｂａｎｄｗｉｄｔｈ ｏｆ ｔｈｅ ａｎｔｅｎｎａ ｒｅａｃｈｅｓ ｕｐ ｔｏ ２． ８８３～２．８８９ ＧＨｚ ｗｉｔｈ ｒｅｔｕｒｎ ｌｏｓｓＳ１】＜一１Ｏ ｄＢ．Ｔｈｉｓ ｋｉｎｄ ｏｆ ｍｉｃｒｏｓｔｒｉｐ ａｎｔｅｎｎａ ｃａｎ ｂｅ ｄｅｔｅｒ－ ｍｉｎｅｄ ａｓ ａ ｕｓｅｆｕｌ ｃａｎｄｉｄａｔｅ ｆｏｒ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ． ［Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ］ ｃｏｍｐａｃｔ ｍｉｃｒｏｓｔｒｉｐ ａｎｔｅｎｎａ；ｓｈｏｒｔ ｐｒｏｂｅ；ｅｔｃｈｉｎｇ ｓｌｏｔ 【责任编辑：王映苗】
