柴舜连 毛钧杰

     来源：《电子技术应用》

     摘要：研究了探针馈电变容管加载的微带贴片天线的电特性，结果表明在以未加载微带贴片天线的谐振频率2.2ghz为中心可获得50%的有效阻抗带宽。用最简单的传输线模型估算谐振频率，实验结果与预测相当地一致。

     关键词：矩形微带贴片天线

     变容管调谐 阻抗带宽

     微带天线由于其重量轻，制作简单、成本低，易于与载体平台共形以及适合组阵等诸多优点，自20世纪70年代以来越来越受重视并得到广泛应用。它特别适用于各种移动地面设备，如移动通信、无线电话、gps接收机、车载雷达等，以及飞行载体（如卫星、火箭和飞机等）电子设备。但微带贴片天线的致命缺点是阻抗带宛太窄，只有百分之几，大大限制了它的应用范围。近些年来，已有多种技术成功地用于改善带宽，这些方法中包括使用低介电常数的介质基板、使用水平或垂直方向多层寄生贴片、以及采用匹配结构等。

     本文提出微带贴片天线加载变容管来提高有效带宽，用量简单的传载线模型理论设计微带贴片天线，研究变容管加载的探针馈电矩形微带天线电特性，重点考查了变容管加载微带带天线后的谐振频率变化及可调谐范围，实验结果与预测符合得较好。

     1 天线的分析与设计

     微带天线的分析方法主要可分为三类，即传输线模型，腔模理论以及全波分析法。全波分析法是最严格的分析方法，采用矩量法（mom）、有限无法（fem）及时域有限差分法（fdtd）等数值方法比较严格地求解，结果比较精确，但计算量都比较大。在通常的工程应用中，采用传输线模型和腔模理论，只要根据经验公式和实际结构作适当的修正，也能得到满意的设计结果，误差可控制在1%以下。

     探针馈电的加载变容管矩形微带贴片天线结构，如图1所示，微带贴片印刷在介电常数εr=2.2的聚四氟乙烯介质基片上，基片厚度h=1.59mm；设计中心频率f0=3.0ghz（未加载变容管时），设贴片的宽度和长度分别为w和l，馈电点距两边缘为l1、l2。其等效传输线模型如图2所示，变容管的等效电路如图3所示。

     微带结构的等效介电常数及特性阻抗分别为：

     其中wr=w/h，开路端缝隙边缘效应引起的等效延伸长度为：

     δl=0.412h[(εre+0.3wr+0.264)/(εre-0.258wr+0.8)]

     (3)

     则可得左边终端导纳ys1=gs+jbs，其中

     且lc=l+δl。对于右端（即加载变容管端）。其终端导纳还需计入变容管影响，即ys2=gs+jbs+g0+jbv。另外，采用同轴探针馈电，中心导体需过介质板，即在贴片与金属接地板间含有一金属小圆柱，对输入阻抗影响为引入一感抗

     令yinl和yinr分别为由馈电点向左向右看的输入导纳，由传输线公式：

     yinl=ys1+yc{[ys1+jyctan(βl1)]/[yc+jys1tan(βl1)]}

     (7)

     yinr=ys2+yc{[ys2+jyctan(βl2)]/[yc+jystan(βl2)]}

     (8)

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