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1、一种基于CPW馈电的宽带共形天线的设计（解放军理工大学通信工程学院，南京 210007）1 （东南大学毫米波国家重点实验室，南京 210096）2摘 要：本文首先设计了一种宽带宽缝隙平面天线，采用共面波导方式（CPW）馈电，仿真结果表明平面天线的的阻抗带宽（S1110dB）覆盖7.29.2GHz，中心频率为8GHz，辐射特性稳定。使之与柱体共形，共形后天线的谐振点向右偏移，阻抗带宽覆盖810GHz ，天线定向辐射增强，最大增益可达5.1dB，辐射特性稳定。天线的结构简单，易于和载体共形。关键词：宽频带，薄介质板，共面波导馈电，宽缝隙天线，共形Design of a Wideband Confo
2、rmal Antenna Based on CPW-fedHAN Zhen-ping1，QIAN Zu-ping1,2，LIU Zong-quan1（Institute of Communication Engineering，PLA University of science & technology，Nanjing 210007）1（National Laboratory of Millimeter-wave，Southeast University，Nanjing 210096）2Abstract: In this paper，a wideband wide aperture anten
3、na using thin substrate was proposed. The antenna is fed by coplanar waveguide（CPW）. The simulated results show its impedance bandwidth covers from 7.29.2GHz and it has stable radiation capability. Then the planar antenna was mounted on the cylinder and the resonant frequency rises and the impedance
4、 bandwidth is from 810GHz. Its directional radiation performance gets intensity with the maximum gain is 5.1 dB and the radiation is stable. Its size is small and it has simple structure，it can be conformed to mounting hosts easily.Keywords: wideband; thin substrate; coplanar waveguide fed; wide ape
5、rture antenna; conformal12251 引言共形天线可与飞机、火箭、导弹、舰船、车辆等移动载体共形，即节省空间又具有较小的雷达散射截面（RCS）和良好的空气动力学性能。已广泛应用于电子战、雷达、导航、通信等领域。由于现代作战飞机要完成多功能任务，往往需要安装工作在不同频段的天线，而天线数量的增多会对飞机产生额外的空气阻力，还会产生天线耦合以及电磁兼容等问题，提高了设备的成本和复杂度。宽频带共形天线可以很好的解决这些问题，已经受到了越来越多的研究人员的关注，但相应的研究成果却很少。共面波导馈电的印刷宽缝隙天线是目前研究的热点。该类天线是利用共面波导导带作为馈源对缝隙进行激励，
6、采用不同的缝隙或者馈源结构，可以获得很宽的阻抗带宽。采用内导带开路馈电，可得30的驻波比带宽2，共面波导内导带伸出的部分变宽，调节矩形贴片的宽度、长度以及贴片与缝隙的距离，可获得约60的带宽3，而圆形贴片作馈源的共面波导馈电宽缝隙天线，天线的驻波比带宽可增大到1434；用椭圆形贴片替代圆形贴片，可使天线的覆盖频率范围达1320GHz以上5。本文结合CPW馈电宽缝隙印刷天线的优点，设计了一种工作于7.29.2GHz的CPW馈电的宽带宽缝隙天线。体积小，剖面低，易于共形。为下一步共形天线展宽频带以及阵列的研究打下了很好的基础。2 平面宽缝隙天线结构设计天线结构如图1所示，共面波导内导带终端开路，作
7、为馈源对缝隙进行激励。天线的缝隙结构等效于一个匹配网络，通过调节导带的长度L1，缝隙长度L2、L3，导带与地板的窄缝隙g，可以达到良好的阻抗匹配。微调宽缝隙的尺寸W、W1，可以调整谐振点的位置。图1 平面天线结构示意图共面波导的特性阻抗由介质基片的厚度h，相对介电常数r，馈电导带的宽度w，导带与金属地板之间的缝隙间隔g等参数共同决定。为实现50欧姆阻抗匹配，由文献6中的公式计算导带宽度w为0.35mm。介质板选择相对介电常数r=2.55的F4B-2型介质板，厚度h=0.2mm。基于设计的要求，中心频率f0=8.0GHz，经计算得到W=14mm，L=12mm。地板与距离矩形缝隙边沿大于g/4。地
8、板大小AB为40mm40mm。综合以上分析，通过优化仿真，天线获得最佳匹配时的各个参数的取值大小为W=14.4mm，L=12mm，L1=20mm，L2=12mm，L3=4mm，L1=4mm，W1=4.4mm，w=0.7mm，g=0.1mm。对应的回波损耗曲线如图2所示。S1110dB的阻抗带宽覆盖7.2GHz9.2GHz，谐振点位于8.0GHz处。天线的E面和H面方向图如图3所示，频率分别为f=7.2GHz、f=8.0GHz、f=9.2GHz。可以发现平面天线的辐射方向图关于主轴z轴几乎是对称的的。H面方向图在呈现较好的全向性，E面方向图和偶极子相近，呈“8”字形。随着频率的增大，方向图并没有
9、出现副瓣，保持了稳定的辐射特性。图2 回波损耗S11最优曲线（a）f=7.2GHz （b）f=8.0GHz（c）f=9.2GHz 图3 平面天线方向图的仿真结果3 共形天线仿真分析平面天线与柱体共形后的结构如图4所示。柱体高度L为60mm，半径R为30mm。天线的回波损耗到S11曲线如图5所示。由图可以看出，天线的谐振点的位置发生了较大的偏移，位于9.1GHz处。匹配状况也随之发生改变，阻抗带宽（S1110dB）覆盖810GHz。主要原因是由于平面天线与柱面共形后，结构发生改变，同时柱体的各项参数包括介电常数、半径以及高度都会对天线的匹配产生影响。图4 柱面共形天线结构示意图图5 共形天线的回
10、波损耗S11曲线天线的E面和H面方向图如图6所示，频率分别为f=8GHz、f=9.1GHz、f=10GHz。可以发现天线的方向图变化较大，呈定向辐射。H面的方向图出现了副瓣，辐射强度较弱。E面基本保持了偶极子特性，呈“8”字形，最大辐射方向沿着Z轴，最大增益可达5.1dB，定向辐射较好。 （a）f=8.0GHz （b）f=9.1GHz （c）f=10GHz 图6 共形天线方向图的仿真结果4 结论本文设计了一种共面波导方式（CPW）馈电的宽带宽缝隙平面天线，实验表明共形之后天线的阻抗特性和辐射特性发生显著变化。天线的谐振点向右偏移，阻抗带宽覆盖810GHz ，天线的定向辐射增强，最大增益可达5.
11、1dB，在工作频段内辐射特性稳定。天线尺寸为，体积小，结构简单，加工方便，易于共形。参 考 文 献1C.P. Wen. Coplanar Waveguide: A Surface Strip Transmission Line Suitable for Nonreciprocal Gyromagnetic Device Application J. IEEE Trans. Microwave Theory Tech，1969，17（12）:1087-1090.2X.Ding andA.F. Jacob. CPW-fed slot antenna with wide radiating aper
12、tures J. IEE Proc. Microwaves，Antennas and Propagation. Feb. 1998，145（1）:104-108.3H.D. Chen. Broadband CPW-fed square slot antenna with a widened tuning stub J. IEEE Trans on Antennas and Propagation，Aug. 2003，51（8）:1982-1986.4T.A. Denidni and M.A. Habib. Broadband printed CPW-fed circular slot ante
13、nna J. Electronics Letters，2006，5（2）:294-297.5H.D. Chen and H.T. Chen. A CPW-fed dual-frequency monopole antenna J. IEEE Trans on Antenna and Propagation，2004，52（4）:978-982.6S.Gevorgian，L.J.P. Linner and E.L. Kollberg. CAD models for shielded multilayer CPW J. IEEE Trans. Microwave Theory Tech，1995，
14、43（4）:772-779. 共形混合隐显式时域有限差分方法应用于不规则贴片天线的研究戴婧怡1 兰 婧1 杨 阳1，2（南京航空航天大学电子信息工程学院，南京 210016）1 （毫米波国家重点实验室，南京 210096） 摘 要：本文提出共形混合隐显式时域有限差分方法，用于计算不规则形状贴片天线周围的场分布，该方法既可以克服阶梯近似法的误差，提高计算精度，同时相比较共形时域有限差分方法可以减少计算时间，提高计算效率。文中给出算例证明该方法可有效提高计算的精度和效率。关键词：共形技术，混合隐显式时域有限差分，不规则贴片天线Research on Irregular Path Antenna U
15、singthe Approach of Conformal HIE-FDTD MethodDAI JingYi1，LAN Jing 1，YANG Yang1，2 （College of Electronic Information Engineering，NUAA，Nanjing 210016）1（National Key Laboratory of Millimeter Waves，Nanjing 210096）2Abstract: In this paper，a Conformal HIE（hybrid implicit-explicit）-FDTD is proposed to analyze the irregular path antenna. The proposed method can overcome the error caused by staircase and allow larger step-size than Conformal FDTD. The accuracy and efficiency of Conformal HIE-FDTD are verified by numerical simulation results.
