印刷天线馈电研究

周艳秋　贾方

摘要：在传统H形印刷天线双面馈电制作的基础上，讨论了采用单面馈电对天线性能的影响。运用基于有限元法的数值仿真方法对双面馈电和单面馈电分别进行了研究，给出了两者的天线驻波比的仿真结果。实验结果表明此方法可以提高天线的频带宽度，同时不会对辐射特性产生影响，并使天线的设计与制作工艺更加简单化。

關键词：H形印刷天线；双面馈电；单面馈电；频带宽度

1 引言

UHF频段具有比其它RF波段（L或S波段）更高的穿透性，但是这一波段的波长较长，天线存在重量和尺寸均较大的问题[1、2]。伴随着电路印刷技术的发展，印制天线由于重量轻、体积小、低剖面、易于共形和集成等优点而得到了广泛的研究和应用。从最近几年天线的发展趋势来看，采用印刷天线的形式来降低天线的尺寸已成为研究热点[3、4]。

H形印刷天线尺寸小、重量轻，结构简单、成本低廉、制作方便，在缩小天线结构尺寸的同时满足了天线的宽频带和高增益的要求。此天线结构主要由三部分组成，H形辐射体，T形匹配结构和槽形底座，如图1所示。其制作工艺是将双面微带敷铜板在其薄介质基片上用光敷或蒸镀等方法作出H形状的金属贴片。

2 天线馈电研究

H形印刷天线是在一块两面敷铜的介质板上雕刻出H形，因此两面是对称的。H形印刷天线的馈电一直沿用的是双面馈的方式，在实际制作中用一小块铜片跨过底边焊接在介质基板上，然后内导体与焊接相连，实现双面馈电，由于铜片的使用会对馈电处的阻抗匹配产生一定的影响，同时使天线的制作变得复杂，不易于调试[5]。为此将这种馈电方式进行改变，不再使用铜片，只将其中一面与同轴线的内导体相连，进行单面馈电。为验证单面馈电和双面馈电对天线性能的影响，对两者进行仿真，仿真建模均如图所示，其中，辐射体、T形匹配器等尺寸、材料均相同，边界条件、激励源与求解条件设置亦相同，只有馈电点的位置不同。图2和3为从下到上的视角看去，同轴线的内导体和介质基板均以标出，图2同轴线的内导体与介质基板两侧敷的铜片都接触，即为双面馈电，而图3内导体只与基板一侧的铜皮接触，即为单面馈电。

天线仿真模型参数为：介质基板介电常数，矩形板长宽为18cm×10cm（L×W），凹槽长宽为4cm×3.4cm（b×a）。

3仿真结果分析

由两幅电压驻波曲线图可以发现，曲线形状大致相同，双面馈电时在频率为414MHz时电压驻波比最小：VSWR=1.04，频带宽度为245MHz（VSWR≤2）；单面馈电在频率为421MHz时电压驻波比最小：VSWR=1.1，频带宽度为280MHz（VSWR≤2），因此单面馈电的带宽则比双面馈电时要略宽。对于天线的另一个重要的参数方向图也进行了测试，并且测试的结构显示单面馈电与双面馈电天线的方向图基本保持一致，即单面馈电不会对天线的辐射特性产生影响。

4结论

综上所述，本文将单面馈电技术应用于H形印刷天线。实验表明该方法可以提高天线的带宽，且不会对天线的辐射特性产生影响。单面馈电使得该天线的制作更加简单化，在工程上具有一定的实用价值。

参考文献：

[1]Youla D C.A new theory of broadband matching[J].IEEE Trans CT，1964

[2]谢处方，邱文杰.天线原理与设计[M].西安：西北电讯工程学院出版社，1985

[3]金建铭.电磁场有限元方法[M].西安：西安电子科技大学出版社，1998