徐 平
(西安导航技术研究所通信事业部,陕西西安 710068)
通信技术的快速发展,无线频谱资源的日趋密集,使得通信设备的集成度逐渐增加,并可拥有多种无线通信模块,同时相互稳定、高效地工作。这也就对通信设备的前端关键部件天线提出了更高的要求[1-2]。
平衡结构的天线一般都具有完全对称的辐射臂。当采用微带线、共面波导或同轴线等不平衡馈线馈电时,为实现天线馈电网络的阻抗匹配并保证天线的电性能不发生畸变,需要设计适当的不平衡线至平衡线的巴伦来进行馈电。同时,为了抑制其他频段信号对所用无线通信系统的潜在干扰,就需要设计具有陷波特性的天线和相应的微波电路[1-4]。
本文提出了一种可用于槽线天线馈电的具有陷波特性的宽带微带线-槽线巴伦。通过引入的阶梯阻抗变换器,有效拓宽了巴伦的工作带宽;通过在微带线开路端引入的λ0/4的开路枝节(λ0为陷波波频段中心频率的自由空间波长),实现了对干扰频段信号的抑制[4-8]。
提出的具有陷波特性的宽带微带线-槽线巴伦的结构如图1所示。巴伦选取相对介电常数为2.65,厚度为2 mm的介质基板印制。介质基板的上层是带有扇形开路枝节和阶梯阻抗变化器的微带线;下层是带有圆形短路枝节的槽线。在微带线扇形开路枝节上引入陷波开路枝节,用于抑制其他频段的潜在干扰。阶梯阻抗变换器用来实现槽线与50Ω微带线的宽带阻抗匹配。微带扇形枝节的半径R=14 mm,角度θ=85°;陷波开路枝节的长度为58 mm;槽线圆形枝节的半径R=17 mm。
微带线-槽线巴伦的等效电路如图2所示。可以看出,在陷波频段时,引入的λ0/4的开路枝节可使得巴伦对该频段产生陷波特性。
图1 微带线-槽线巴伦结构示意图
图2 微带线-槽线巴伦等效电路图
使用3D电磁仿真软件Ansoft HFSSV13对设计的微带线-槽线巴伦进行了仿真优化分析,得到的最终尺寸如下:W1=5.5 mm,W2=4.5 mm,W3=2.4 mm,W4=1.5 mm,W5=1.2 mm,W6=0.2 mm,L1=21 mm,L2=47 mm,L3=47 mm,L4=7 mm,L5=67 mm,L6=58 mm,R1=17 mm,R2=14 mm,θ=85°。
图3给出了巴伦在引入陷波开路枝节前后的仿真驻波比对比。可以看出,陷波开路枝节对陷波频段实现了明显的抑制。
图3 λ0/4开路枝节引入前后的巴伦驻波比
图4和图5给出了陷波开路枝节的长度L6和宽度W6不同时,天线驻波比的仿真结果。如图所示,改变陷波开路枝节的长度L6,可以调节巴伦的陷波频段的位置;改变陷波开路枝节的宽度W6,可以对陷波频段的宽度进行微调。
图4 参数L6对巴伦驻波比的影响
图5 参数W6对巴伦驻波比的影响
图6给出了巴伦的S参数仿真结果。可以看出,巴伦除陷波频带1.25~1.46 GHz外,在频带0.38~2 GHz内反射系数 S11≤ -10 dB,插入损耗 S21≥-1.8 dB。
图6 微带线-槽线巴伦仿真结果
本文提出了一种具有陷波特性的宽带微带线-槽线巴伦。利用阶梯阻抗变换器,实现了巴伦的宽带阻抗匹配;利用开路枝节,对干扰频段实现了明显的抑制。实测结果表明,巴伦满足0.38 MHz~2 GHz的阻抗带宽,并对1.25~1.46 GHz频带具有良好的陷波特性。
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