一种L型探针馈电微带共形天线设计
一种L型探针馈电的微带共形天线设计

一种L型探针馈电的微带共形天线设计【摘要】微带贴片天线以其剖面小、体积小、结构简单等优点在近年来得到了极大的发展,尤其是运用在机载共形天线上。
本文结合L型探针的馈电方式,并综合使用了加载短路探针的方法实现了天线剖面r=198mm,h=25mm的共形化设计,极大降低了天线尺寸、减小了剖面面积,使天线更好的与载体共形并节约载体空间。
【关键词】微带共形天线;L型探针馈电;短路探针加载0 引言共形天线作为机载天线的一种重要形式,必须具有体积小、剖面低、可探测性低、抗损伤性高等特点,因此能够用作共形天线的天线形式主要有各种微带和缝隙天线(也有其它形式但比较少)。
而缝隙天线主要是在平板、圆筒或圆柱等结构上直接开槽的一种天线形式,优点是结构简单,但同时也存在着频带窄,在大功率时容易击穿等缺点。
相比较起来则是微带天线作为共形天线更为常见。
微带天线是一种由薄介质基片,其上用金属沉积矩形、圆形或其他几何形状的辐射元,而背面贴以金属接地板的天线。
本文提出的L型探针的馈电方式,使这种微带天线具有结构紧凑、剖面低、辐射效率高、易与载体共形等优点。
1 设计原理1.1 L型馈电探针的原理该结构相当于空气介质基板的微带贴片天线。
天线辐射机理为[1]:L型探针的垂直部分产生感抗,水平部分和贴片之间产生容抗,两者相消产生谐振,使天线呈现宽频带或者多频带。
通过与同轴电缆相连,L型探针上将存在交变电场,电场方向为探针水平臂所指方向,交变电场将引起变化的磁场,磁场方向与电场方向垂直。
当磁力线垂直穿过贴片时,又将产生变化的电场。
这种变化的电磁场经过金属底板的反射后辐射出去。
1.2 微带天线小型化的技术1.2.1 辐射贴片开槽研究发现,对辐射贴片进行开槽,贴片表面电流的路径将发生弯曲,导致有效路径变长。
因此,在贴片几何尺寸保持不变的情况下,采用开槽贴片可以增大天线有效长度,降低天线的谐振频率,从而实现天线小型化。
不过,辐射贴片表面开槽也有相应的缺点。
L型探针馈电宽频带微带贴片天线的设计

Design of L - Probe Feed Broadband Patch Antenna
YANG H ua
1 , 2
(1 . D alian M aritim e Un iversity , Dalian 116026 , Ch ina ; 2 . Q ingdao Ocean Sh ipp ing M ar iners College , Q ingdao 266071 , Ch ina) Abstract : In th is article , from trad itional m icrostip antenna, a broadband patch antenna based on the L probe fed is desig ned . It is suitab le for the 2nd and 3rd generat ions o f m ob ile comm un ic ation syste m. U sing An soft HFSS to si m ulates and analyses the structu re and perfor m ance of the designed an tenna . K eyw ord s : L - probe fee , broadband, patch antenna
16
,L =
c 2fr
r e e
=- 2 l 分别是基板的
式中 , h 是基板的厚度。 3 仿真结果 利用 A nsof t H FSS 软件对天线结构的主要参 数进行仿真, 经过数次优化后, 该宽频带微带贴片 天线的主要尺寸如表 1 所示 , 仿真的主要结果如 图 3 ~ 图 6 所示。
式中, C 是真空中的光速,
L型探针馈电的微带天线 开题报告

电子信息与电气工程系毕业设计(论文)开题报告学生:班级:论文题目L型探针馈电的微带天线仿真设计导师姓名可行性方案分析包括:研究背景、主要内容、设计方案、技术路线、关键问题、时间安排。
(见附页)参考文献[1]刘宏亮.基于弹载GPS的信号接收及弹道外推算法研究[D].南京理工大学,2012.[2]Zakir Ali ,Vinod Kumar Singh. E-Shaped Microstrip Antenna on Rogers Substrate for WLAN Applications[J].Computational Intelligence and Communication Systems,2011,3:342-345.[3]I.J鲍尔.P.布哈蒂亚.微带天线[M].北京:电子工业出版社,1984.[4]G. A. D schamps. icrostrip microwave antennas[M].USAF Symp. on Antennas,1953.[5](美)John D.Kraus著,章文勋译.天线[M].北京:电子工业出版社,2007.[6]李明洋.HFSS应用详解[M].北京:人民邮电出版社,2010.[7]阮成礼.超带宽理论与技术[M].哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社,2006.[8]曹善勇.Ansoft HFSS磁场分析与应用实例[M].北京:中国水利水电出版社,2010.[9]JianXin Jia.Design of broadband circularly polarized high gainmicrostrip antenna with L-shaped probe feed[J].Microwave and Millimeter Wave Technology,2012,5:1-4.[10]林昌禄.天线工程手册[M].电子工业出版社,2002.开题小组及教研室意见开题小组签名:年月日注:可行性方案分析可另附面。
L型探针馈电宽频带微带贴片天线的设计

等 效 电路 图如 图 1 所示 。它 相 当于空 气介 质基 板
微 带贴片 天线 , 辐射 机 理为 : 其 L型探 针 垂 直部 分
产生感抗 , 水平部分 和贴 片之 间 产生容 抗 , 两者 相
通微 带贴 片天线相对带 宽仅为 05 ~ % )大 大 .% 3 ,
1 引 言
微 带贴 片天线 文献标 识码 : A 足第 二代 、 三代移 动通 信 系统工 作频 带 的要求 , 第 并 利用 A s ̄公 司 的 H S 件对 天 线 的结 构 和 no F S软
从 15 9 3年 G A. eca p . D shm s教授 提 出微 带 贴
片天 线 的概 念 以来 , 特别 是 2 纪 8 0世 0年 代 以
为 L型探 针 。先 将 泡 沫 塑料 板 裁 剪 至 合 适 尺 寸 ,
为辐射 贴 片 的 长 度 和 宽 度 , 曲和 H 分 别 为
R gr T d ri 8 0与 聚苯 乙烯 泡沫塑 料板 的高 oe / uo 5 8 R d 度 , 。 、 分 别为天线 三段微 带馈线 的宽度 。 、
塑料板 之 间加 入一 层 R grR / uo 80介 质 o e T d ri 5 8 d
和
枷
基板 。这样 , 对天线 体 积影 响 不大 的情 况 下 , 在 增 加 了基板 的等 效介 电 常数 和 基 板 的强 度 , 其 受 使 外 界影响 产 生 的形 变 减 小 。第 二 , 金 属 带 条 作 用
于用空 气作 为介 质 基 板 , 实 际 上 这 种 结 构 无 法 但
实现 。本文设计 的微 带贴 片 天线 提 出两 点改 进 方
“L”形探针馈电的贴片天线[实用新型专利]
![“L”形探针馈电的贴片天线[实用新型专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/2402a5ddafaad1f34693daef5ef7ba0d4b736d54.png)
[19]中华人民共和国国家知识产权局[12]实用新型专利说明书[11]授权公告号CN 2374985Y [45]授权公告日2000年4月19日[21]ZL 专利号99211009.2[21]申请号99211009.2[22]申请日99.5.17[73]专利权人香港城市大学地址香港九龙达之路[72]设计人陆贵文 周雍 麦志伦 [74]专利代理机构隆天国际专利商标代理有限公司代理人郑特强 潘培坤[51]Int.CI 7H01Q 11/00权利要求书 1 页 说明书 4 页 附图 3 页[54]实用新型名称“L”形探针馈电的贴片天线[57]摘要一种“L”形探针馈电的贴片天线,包括平行于接地板上方装置着的带状传输线以及与传输线相连接的“L”形馈电探针、N型或DIN型或SMA型同轴接头,其特征在于,“L”形探针水平弯折段上方,平行地装置着矩形贴片,二者保持的距离为s,矩形贴片与接地板间的垂直距离为H;“L”形探针垂直弯折段通过传输线连接到N型同轴接头内导体。
该结构制作简单,价格低廉,与传统的微带天线相比,在频宽与增益方面都有根本的改善,而且该结构也可用于圆极化辐射模式。
99211009.2权 利 要 求 书第1/1页 1.一种“L”形探针馈电的贴片天线,包括平行于接地板(1)上方装置着的带状传输线(4)以及与传输线相连接的“L”形馈电探针(2)、N 型或DIN型或SMA型同轴接头(5),其特征在于,“L”形探针水平弯折段上方,平行地装置着矩形贴片(3),二者保持的距离为s,矩形贴片(3)与接地板间的垂直距离为H;“L”形探针垂直弯折段通过传输线连接到同轴接头内导体。
2.按照权利要求1所述的贴片天线,其特征在于,该贴片天线结构可以是一个单元,也可多个单元并联,各单元矩形贴片间保持距离。
3.按照权利要求1所述的贴片天线,其特征在于,该贴片天线的材料可以用低廉的铝板及铜板。
4.按照权利要求1、2、3所述的贴片天线,其特征在于,对于2单元天线阵中各几何尺寸选择为尺寸代号 Wx Wy H L b 2R h t m n mm 70 62.5 20 28.5 3.4 1.5 5.5 2 6.3 6.399211009.2说 明 书第1/4页“L”形探针馈电的贴片天线本实用新型属于微波传输、微波天线技术领域,特别涉及到一种“L”形探针馈电的贴片天线。
展宽贴片天线频带的L型馈电方法的设计与分析概要

展宽贴片天线频带的L型馈电方法的设计与分析最近几十年微带天线的发展非常迅速,但微带天线其本身具有的固有带宽十分狭窄,很难应用于更多更广的领域中,所以对微带天线带宽展宽的研究具有十分重要的意义。
近来超宽带天线成了一个热门的话题,但是展宽贴片天线频带十分困难。
在对天线进行设计时,既要实现天线的宽带化,又要限制天线的尺寸大小,而且还要满足天线的驻波、增益等指标,类似这样的天线设计问题是十分困难的。
如何协调好上述关系以获得最佳天线结构,则成为宽带天线设计的核心问题。
该文讨论用L型探针方法来展宽贴片天线带宽的方法,仿真设计出了一个中心频率为1 000 MHz带宽为32%的L型探针馈电的贴片天线。
1 中心频率1 000 MHz的L型探针馈电天线的设计及仿真1.1 模型确定设计指标为中心频率为1 000 MHz,带宽为30%以上。
当频率等于l 000 MHz 时,波长(单位:m)如下式所示:εr=1(即为空气或者泡沫基片),天线模型尺寸初步设计如下:L=16.5 cm,W=14.5 cm,Lp=5.54 cm,D=1.06 cm,基片厚度2.58 cm,探针直径O.53 cm,如图1所示。
通过HFSS软件对其进行仿真设计,设计的仿真模型、俯视图、侧视图如图2~图4所示。
在图1中,L表示为贴片的长度,W为贴片的宽度,Lp为探针的左端到右端的距离,D为探针左端到贴片的距离,模型基片厚度固定为2.58 cm。
1.2 仿真调试对上述仿真模型进行仿真,得到的仿真结果如图5所示。
图5为在模型尺寸:L=16.5 cm,W=14.5 cm,Lp=5.54 cm,D=1.06 cm,t=2.58 cm下得到的驻波比曲线图,此时的带宽只有7.5 %左右,且中心频点离1 000 MHz漂移也有点大,结果与设计指标相差甚多。
为了得到设计指标结果,调整参数,首先调整贴片的大小来增加贴片天线的带宽,然后再调整贴片与探针的相对位置来满足频点指标,于是将贴片尺寸进行缩小,尺寸如下:长L为16.5 cm,宽W为12.5 cm,其余参数均不改变,对其再进行仿真分析,得到的驻波比图如图6所示。
L形探针耦合馈电E形层叠微带天线

摘
要: 设 计 了一种 L形探针 耦 合馈 电 的 宽频 带 E形 层 叠微 带 天线 . 通 过 在 具 有 双峰 谐 振 特
性 的 E形贴 片天 线上 方加 载寄 生元 , 构成三峰 谐 振特 性 , 进 一 步展 宽 天线 带 宽 ; 采 用 L形 探针 对 E
形贴片进行耦合馈电, 避免 了 普通探针馈 电引入附加 电感的缺陷, 从 而提 高天线的辐射效率. 对提 出的 天线进 行仿 真设 计及 优化 , 实现 了 3 7 . 8 % 的 阻抗 带 宽( V S WR< 2 ) , 带 内增益 > 7 . 6 d B i , 平 均增
3 . N O. 3 6 R e s e a r c h I n s t i t u t e o f C E T C。 J i a x i n g 3 1 4 0 3 3, C h i n a )
Abs t r a c t: A b r o a d b a n d E— s h a pe d s t a c k e d mi c r o s t r i p a n t e n n a i s p r e s e n t e d us i n g L— p r o b e pr o x i mi t y f e d i n t h i s p a pe r .A p a r a s i t i c pa t c h i s a d d e d o n t h e t o p o f t h e E— s h a p e d p a t c h a n t e n n a f o r mmi n g t ip r l e r e s o n a n t f r e q ue n c i e s f o r e n ha nc i n g t h e b a n d wi d t h o f t h e a n t e n na .T he pr o p o s e d a n t e nn a i s f e d b y L s h a p e d p r o b e f o r a v o i d i n g a d di t i o n a l i n — d u c t a n c e wi t h h i g h r a d i a n t e f f i c i e n c y. W i t h o pt i mi z e d d e s i g n o f t h e p r o p o s e d a n t e n n a,t h e r e l a t i v e b a n d wi d t h
一种L型探针馈电的微带共形天线设计

Science &Technology Vision 科技视界0引言共形天线作为机载天线的一种重要形式,必须具有体积小、剖面低、可探测性低、抗损伤性高等特点,因此能够用作共形天线的天线形式主要有各种微带和缝隙天线(也有其它形式但比较少)。
而缝隙天线主要是在平板、圆筒或圆柱等结构上直接开槽的一种天线形式,优点是结构简单,但同时也存在着频带窄,在大功率时容易击穿等缺点。
相比较起来则是微带天线作为共形天线更为常见。
微带天线是一种由薄介质基片,其上用金属沉积矩形、圆形或其他几何形状的辐射元,而背面贴以金属接地板的天线。
本文提出的L 型探针的馈电方式,使这种微带天线具有结构紧凑、剖面低、辐射效率高、易与载体共形等优点。
1设计原理1.1L 型馈电探针的原理该结构相当于空气介质基板的微带贴片天线。
天线辐射机理为[1]:L 型探针的垂直部分产生感抗,水平部分和贴片之间产生容抗,两者相消产生谐振,使天线呈现宽频带或者多频带。
通过与同轴电缆相连,L 型探针上将存在交变电场,电场方向为探针水平臂所指方向,交变电场将引起变化的磁场,磁场方向与电场方向垂直。
当磁力线垂直穿过贴片时,又将产生变化的电场。
这种变化的电磁场经过金属底板的反射后辐射出去。
1.2微带天线小型化的技术1.2.1辐射贴片开槽研究发现,对辐射贴片进行开槽,贴片表面电流的路径将发生弯曲,导致有效路径变长。
因此,在贴片几何尺寸保持不变的情况下,采用开槽贴片可以增大天线有效长度,降低天线的谐振频率,从而实现天线小型化。
不过,辐射贴片表面开槽也有相应的缺点。
天线表面开槽后会有垂直于主激发面电流的额外电流分布。
导致天线的辐射效率变差。
而且由于表面开槽使天线的辐射面积减小,从而导致天线的增益下降[2]1.2.2加载短路探针文献[3]介绍了改变短路探针的数量和短路探针之间相互的位置关系可以调整短路微带天线的谐振频率。
也就是说,在微带天线的辐射贴片和接地板之间可以加载几个短路探针,通过调整短路探针之间的位置关系,可以得到谐振频率的最小值,以此实现微带天线的小型化。
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一种L型探针馈电的微带共形天线设计
【摘要】微带贴片天线以其剖面小、体积小、结构简单等优点在近年来得到了极大的发展,尤其是运用在机载共形天线上。
本文结合l型探针的馈电方式,并综合使用了加载短路探针的方法实现了天线剖面r=198mm,h=25mm的共形化设计,极大降低了天线尺寸、减小了剖面面积,使天线更好的与载体共形并节约载体空间。
【关键词】微带共形天线;l型探针馈电;短路探针加载
0 引言
共形天线作为机载天线的一种重要形式,必须具有体积小、剖面低、可探测性低、抗损伤性高等特点,因此能够用作共形天线的天线形式主要有各种微带和缝隙天线(也有其它形式但比较少)。
而缝隙天线主要是在平板、圆筒或圆柱等结构上直接开槽的一种天线形式,优点是结构简单,但同时也存在着频带窄,在大功率时容易击穿等缺点。
相比较起来则是微带天线作为共形天线更为常见。
微带天线是一种由薄介质基片,其上用金属沉积矩形、圆形或其他几何形状的辐射元,而背面贴以金属接地板的天线。
本文提出的l型探针的馈电方式,使这种微带天线具有结构紧凑、剖面低、辐射效率高、易与载体共形等优点。
1 设计原理
1.1 l型馈电探针的原理
该结构相当于空气介质基板的微带贴片天线。
天线辐射机理为[1]:l型探针的垂直部分产生感抗,水平部分和贴片之间产生容抗,
两者相消产生谐振,使天线呈现宽频带或者多频带。
通过与同轴电缆相连,l型探针上将存在交变电场,电场方向为探针水平臂所指方向,交变电场将引起变化的磁场,磁场方向与电场方向垂直。
当磁力线垂直穿过贴片时,又将产生变化的电场。
这种变化的电磁场经过金属底板的反射后辐射出去。
1.2 微带天线小型化的技术
1.2.1 辐射贴片开槽
研究发现,对辐射贴片进行开槽,贴片表面电流的路径将发生弯曲,导致有效路径变长。
因此,在贴片几何尺寸保持不变的情况下,采用开槽贴片可以增大天线有效长度,降低天线的谐振频率,从而实现天线小型化。
不过,辐射贴片表面开槽也有相应的缺点。
天线表面开槽后会有垂直于主激发面电流的额外电流分布。
导致天线的辐射效率变差。
而且由于表面开槽使天线的辐射面积减小,从而导致天线的增益下降[2]
1.2.2 加载短路探针
文献[3]介绍了改变短路探针的数量和短路探针之间相互的位置关系可以调整短路微带天线的谐振频率。
也就是说,在微带天线的辐射贴片和接地板之间可以加载几个短路探针,通过调整短路探针之间的位置关系,可以得到谐振频率的最小值,以此实现微带天线的小型化。
另外,除了短路探针的数量以外,短路探针直径的大小,短路探针的长度和短路探针的相对磁导率及相对介电常数也会刘
天线的性能产生重要的影响。
文献[4]介绍了一种新型的加载短路探针的圆形微带天线,通过加载单一的短路探针,微带天线的整体尺寸极大的减小,谐振频率是未加载结构的近1/3。
对于固定的工作频率,天线的尺寸缩小了89%。
2 微带共形天线的设计与仿真
2.1 天线结构
结合l型馈电探针设计的微带贴片天线相当于用空气作介质基板,这种结构无法实现,因为辐射贴片的固定和天线整体的稳固无法保障。
因此,结合微带天线小型化的技术手段,本文针对该天线的不足,做出三点尝试:第一,加载短路探针来固定辐射贴片同时有助于降低天线的高度;第二,对辐射贴片开槽来减小贴片尺寸;第三,用聚苯乙烯泡沫塑料板代替空气介质基板。
聚苯乙烯泡沫塑料板的结构中90%以上均为空气,其相对介电常数s=1.06,与空气非常相近。
这样有利于对馈电探针的固定,使飞行器在高速运动时,探针不会产生形变从而影响天线性能。
天线辐射贴片采用r=198mm的圆形铜片,并在贴片上开4个九十度的圆弧形槽。
在以底板中心为圆心、r=166mm的圆上均匀加载六根短路探针。
如图1所示。
式中,h是基板的厚度。
2.2 仿真结果
利用ansoft hfss软件对天线结构的主要参数进行仿真,并经过
数次优化后,该微带共形天线的主要尺寸如表l所示,仿真的主要结果如图2~图4所示。
(a)350mhz
(b)370mhz
由图2天线的驻波系数仿真结果看来,该微带共形天线在346m~376m hz的频带内vswr<2,在355mhz~368mhz的频带内vswr<1.4,在350mhz和370mhz两个频点仿真得出的天线最大增益分别为
3.9db和
4.3db,基本实现了实际需要。
由表1所列的天线尺寸优化结果来看,成功的降低了天线高度,缩小了天线剖面面积,基本能够满足该微带天线与载体共形的设计要求。
3 结束语
综上所述,本文设计的微带共形天线基本满足频带的使用要求,并且具有高度低、剖面积小、重量轻、结构简单等特点。
该天线以极低的高度使其在与运动载体尤其是高速运动的载体的共形上具
有巨大的优势,而且机载共形天线的巨大发展空间使该类天线具有较好的研究和应用前景。
【参考文献】
[1]杨华.l型探针馈电宽频带微带贴片天线的设计[j].青岛远洋船员学院学报,2008(4).
[2]张莲.小型化微带天线的宽频带和多频段研究[d].华东师范
大学,2005:23-24.
[3]mohamed sanad, effect of the shorting posts-on short circuit microstrip antennas[c]//antennas and propagation society international symposium.1994, ap-s,digest,volume2:794-797.
[4]r.waterhouse.sma11 microstrip patch antenna[j]. electron. lett.(31),april 3,1995:604-605.
[责任编辑:王静]。