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1、低剖面宽带开槽微带天线的研究与设计袁卿瑞(中国电子科技集团第十研究所，成都 610036)摘 要：本文提出了一种新型的低剖面宽带开槽微带天线。该天线印制在剖面尺寸为 0.011l的FR4（er=4.4）介质板上，通过在矩形贴片的非辐射边开一对对称的弯折细槽及在天线尾部加载一段微带线作为负载来激励起三个邻近的谐振模。实验表明该天线VSWR2带宽可以达到传统矩形贴片的3倍。关键词：低剖面，宽带，开槽天线Analysis and Design of Low-profile Broadband Micro-strip Antenna with Bent SlotsYuan Qing rui(China
2、 Research Institute of Radiowave Propagation, Chengdu Sichuan 610036, China)Abstract：In this paper, a new low-profile broadband micro-strip antenna with slots is presented. The antenna is printed on the FR4 substrate(er=4.4) of thickness 0.011l. A wide operating bandwidth can be obtained by embeddin
3、g a pair of symmetric bent slots inside the patch and inserting an inset micro-strip line section at the patch edge as an integrated reactive load to excited three closely excited resonant modes. Adjusting the slots and the micro-strips location and length, a wider bandwidth can be achieved. Results
4、 show that the operating bandwidth（VSWR2）is 3 times that of a traditional rectangular micro-strip antenna.Keywords: Low-profile; Broadband; Slotted antenna1 引言近年来，国内外许多学者对微带天线的带宽展宽技术进行了深入广泛的研究，提出了很多行之有效的方法，例如采用U-型槽结构、E-型贴片等，但这些天线形式大都采用厚空气层或者泡沫层作为介质层，这就增大了天线的剖面。而在某些情况下，例如共形天线、便携天线等就需要采用低剖面的介质板。因此对低剖面
5、宽带天线的研究就显得很有意义。在微带贴片的适当位置开槽可以展宽天线的带宽，例如在圆形贴片上开两个弧形槽1，在梯形贴片上开一对弯折槽2，在矩形贴片上开一对弯折槽3，在三角形贴片上开一对不对称的弯折槽等4。这些天线结构都是印制在薄介质板上，通过开槽来激励起两或者三个相邻的谐振模式，来达到展宽天线带宽的目的。本文提出一种新型的宽带开槽微带天线，剖面厚度为0.011l，通过在矩形贴片的非辐射边开一对对称的弯折细槽及在天线尾部加载一段微带线作为负载来激励起三个相邻的谐振模。调整细槽和微带线的位置和长度使三个谐振模连在一起，可以使天线带宽展宽到传统矩形贴片的3倍。2 天线结构设计天线结构如图1所示，采用矩
6、形结构，贴片长度为L，宽度为W，沿贴片的边缘平行方向开了一对对称的弯折槽，弯折槽由两部分组成，分别为L1和L2，其中L2段平行于非辐射边，距离非辐射边间距为W1，L1段平行于辐射边，距离辐射边间距为W2，两段槽缝的宽度均为Ws，底部嵌入贴片的微带线宽度为W3，长度为L3，距离底边间距为L4，馈电点的位置在矩形贴片中线上，距离底边间距为L5。贴片印制在介电常数为4.4，厚为3mm的FR4介质板上。对称的弯折槽结构可以激励起一个与基模TM10相邻的谐振模TMd0（1d2）2，尾部加载的小段微带线可以激励起另一个与之相邻的谐振模3，这三个谐振模具有相似的辐射特性和相同的极化特性。图1 宽带开槽微带天
7、线结构尺寸图3 仿真分析按图1给出的天线结构使用电磁仿真软件HFSS进行仿真设计。通过反复的软件仿真和优化，发现对天线驻波特性影响较大的两个参数为L1和L3。为了研究的方便，设其他参数为定值，分别改变L1和L3来考察其对天线性能的影响。3.1 参数L1分析图2 不同L1值天线回波损耗仿真结果如图2所示，L1主要影响第一、二谐振点。从图中可以看出，当L1增大时，第一、二谐振点逐渐分离；当L1减小时，第一、二谐振点逐渐靠近。因此选择适当的L1值，可以使第一、二谐振点连在一起，且不互相重叠，从而形成一个较宽的驻波带宽。3.2 参数L3分析图3 不同L3值天线回波损耗仿真结果如图3所示，L3主要影响第
8、二、三谐振点。从图中可以看出，当L3减小时，第二、三谐振点逐渐分离；当L3增大时，第二、三谐振点逐渐靠近，但如果太过靠近就会影响到第一、二谐振点。因此选择适当的L1值，既可以使三个谐振点全部连在一起，又不使第一、二个谐振点性能变差，从而形成较宽的驻波带宽。4 实测结果根据仿真优化的结果，选用如表1所示的结构尺寸，加工制作了一副天线，对其进行实验测试。表1 宽带开槽微带天线结构尺寸表尺寸值（mm）贴片长度L62.5贴片宽度W50槽缝长度L110.5槽缝长度L260.5微带线长度L339微带线距离底边长度L41馈电位置L541.75间距W13间距W21微带线宽度W32槽缝宽度Ws1实测的S11如图
9、4所示，相对带宽为6.6%（中心频率1.12GHz），而采用相同的介质板和同等大小的矩形微带贴片，其相对带宽为2.2%（中心频率1.12GHz），可以看出本文的宽带开槽天线的带宽是同等大小的传统矩形贴片的3倍。图4 实测天线回波损耗结果实测辐射方向图如图5所示，带宽内天线的方向图一致性较好，没有发生畸变，交叉极化在-15dB以下。E面方向图H面方向图（a）f=1095MHzE面方向图H面方向图（b）f=1132MHzE面方向图H面方向图（c）f=1155MHz图5 宽带开槽微带天线实测辐射方向图天线的实测增益如图6所示，带宽内天线增益小于2dB，比一般的微带天线要低。使用HFSS仿真软件计算出
10、宽带开槽天线的表面电流分布如图7所示，可以看出，在微带线处的表面电流较大且与其他地方的电流方向相反，从而使天线的增益较普通矩形贴片有所降低。图6 宽带开槽微带天线实测增益图图7 宽带开槽微带天线表面电流分布图5 结论使用电磁仿真软件HFSS进行仿真分析和优化，设计了一种宽带开槽微带天线，天线介质板厚度为0.011l，介电常数为4.4。实验表明该天线VSWR2带宽可以达到传统矩形贴片的3倍，方向图一致性较好，交叉极化在-15dB以下，增益在带宽内小于2dB。参 考 文 献1S.Dey, C.K. Aanandan, P. Mohanan, and K.G. Nair, A new broadba
11、nd circular patch antenna, Microwave Opt Technol Lett 7,19992M.C. Pan, K.L. Wong, A broadband slot-loaded trapezoid microstrip antenna, Microwave Opt Technol Lett 24,20003J.Y. Sze and K.L. Wong, Slotted rectangular microstrip antenna for bandwidth enhancement, IEEE Trans. Antennas Propagat.,vol.48,2
12、000 4S.T Fang, T.W. Chlou, K.L. Wong, Broadband equilateral-triangular microstrip antenna with asymmetric bent slots and integrated reactive loading, Microwave Opt Technol Lett 23,1999作者简介：袁卿瑞，男，硕士，主要研究领域为宽带微带天线、阵列天线等。Advanced Microwave Laminate Materials for the Improvement of Efficiency and Reliab
13、ility in Antennas and Feed Networks1George Q. Kang 2Helena Li Hai 1John C. Frankosky 1Michael T. SmithArlon, Inc. Materials for Electronics Division11100 Governor Lea Road, Bear, DE, 19701 USA; 2No. 8, Hong Gu Road, Shanghai 200336 P. R. CHINAgkangarlon-; hlihaiarlon-Abstract: Demands for higher sys
14、tem efficiency and improved product reliability at higher powers and wider operating temperature ranges in mission-critical antennas and feed networks have placed heightened and unique requirements on board materials. To meet these challenges, advanced laminate materials need to possess high electri
15、cal phase stability, dielectric constant control, high thermal conductivity and multilayer capability. This paper discusses the importance of critical material properties and explores new material developments for these applications.Keywords: High frequency laminate, phase stability, thermal conductivity, reliability, military and space RF antennas INTRODUCTIONIn mission-critical military and space RF/Microwave applications, such as space and military radars, phased array antennas (both passive and active electro
