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
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。
L形探针耦合馈电E形层叠微带天线
L形探针耦合馈电E形层叠微带天线叶剑锋;国强;王玉峰【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37.8％的阻抗带宽(VSWR＜ 2),带内增益＞7.6dBi,平均增益达到8.7dBi,交叉极化隔离度＜-52 dB.%A broadband E-shaped stacked microstrip antenna is presented using L-probe proximity fed in this paper.A parasitic patch is added on the top of the E-shaped patch antenna formming triple resonant frequencies for enhancing the bandwidth of the antenna.The proposed antenna is fed by L shaped probe for avoiding additional inductance with high radiant efficiency.With optimized design of the proposed antenna,the relative bandwidth (VSWR ≤2) of 37.8％ is achieved,while the gain at the bandwidth is larger than 7.6dBi,average gain is 8.7dBi and the cross-polarization is less than-52 dB.【期刊名称】《哈尔滨理工大学学报》【年(卷),期】2013(018)004【总页数】4页(P94-97)【关键词】宽频带;高增益;L探针耦合馈电;E形微带天线【作者】叶剑锋;国强;王玉峰【作者单位】深圳信息职业技术学院电子与通信学院,广东深圳518172;哈尔滨工程大学信息与通信工程学院,黑龙江哈尔滨150001;中国电科第36研究所,浙江嘉兴314033【正文语种】中文【中图分类】TN820.10 引言微带天线具有成本低、剖面低、重量轻、易于共形等诸多优点，被广泛应用于各种通信系统.然而，微带天线较窄的带宽制约了其进一步的应用和发展，为此，研究人员提出很多拓宽微带天线带宽的方法.其中最具代表的是采用多层贴片层叠的方法［1-2］和在贴片表面开槽的方法［3-6］.文［1-2］采用在主辐射贴片上方附加寄生元，以形成双峰甚至多峰谐振特性，从而拓展天线的带宽(层叠方式);文［3］在矩形微带贴片表面开U形槽，以引起电流绕流的缝隙耦合，实现双峰谐振，拓宽天线带宽(开槽方式);文［4-6］将开U形槽的贴片发展为E形贴片，获得了超过30%的带宽;文［8］提出了一种在E形贴片上方附加寄生元，将E形贴片天线带宽进一步扩展到了38.41%.现有文献中的E形微带天线通常采用探针直接馈电，这种馈电方式会引入额外的电感量，从而限制了阻抗带宽的扩展.文［9-10］提出采用L形探针馈电的微带天线可以有效地探针馈电引入的电感量，同时L探针馈电通过探针与贴片之间的耦合来激励贴片辐射电磁波，具有更好的效率，采用L探针馈电的微带天线具有更高的增益.本文设计了一种采用L形探针临近耦合馈电的层叠E形微带天线.在传统E形微带天线基础上增加寄生单元以拓展其频带宽度;采用L形探针耦合馈电以克服探针直接馈电引入附加电感量的缺陷，改善天线的辐射效率，提高天线增益.1 天线结构及原理1.1 天线结构本文所设计的天线结构如图1所示.该天线主要由金属底板、E形辐射贴片、寄生单元和L形馈电探针组成.寄生单元、E形辐射贴片、底板两两之间分别用厚度为Hu和H的泡沫隔开，采用高Hf、长Lf、宽Wf的L形探针对辐射贴片进行电磁耦合馈电，并将L形探针包裹于泡沫当中.长L、宽W的E形贴片上加载了两条相互平行的长Ls、宽Ws的窄缝，两缝隙间距为 Ps+0.5Ws.寄生单元长度 Lu、宽Wu.图1 天线结构图1.2 宽频带设计本文天线通过采用层叠型的E形微带天线构造出邻近的3个谐振频率，形成三峰谐振特性，从而获得较E形微带天线更宽的阻抗带宽.其三个邻近谐振频率(较低谐振频率fl、中间谐振频率fm、较高谐振频率fh)在天线上对应的谐振路径分别为:①fl对应沿E形贴片中间矩形槽边沿路径2Ls+Ws;②fm对应E形贴片的宽度W;③fh对应寄生单元的宽度Wu;图2 天线的三频谐振电流路径示意图天线将阻抗带宽大致设置在2～3 GHz范围内，初步设置 fl=2 GHz、fm=2.5 GHz、fh=3 GHz.由各个谐振频率对应的电流路径长度，根据普通矩形微带天线的尺寸计算公式［11］，可以确定图1模型中关于E形贴片的初始尺寸.1.3 L探针耦合馈电设计针对采用探针直接馈电的E形微带天线，J.M.Griffin在文［12］中对半径为a的金属圆贴片厚介质(厚度大于0.1倍介质波长)中探针引入电感的影响，并指出探针可等效成一个长h的短路传输线，当探针半径为d时，探针引入的电感近似为式中探针直接馈电E形微带天线引入了式(1)给出的电感量，降低了的天线辐射效率.L形探针耦合馈电利用探针与辐射贴片之间的耦合作用来激励贴片的辐射，其垂直部分产生感抗，水平部分和贴片之间产生耦合容抗，两者相消避免了探针直接馈电带来的寄生电感，提高了天线的辐射效率.2 仿真结果及分析对提出的L形探针耦合馈电E形层叠微带天线进行仿真设计和优化，得到天线的尺寸为:L=52 mm，W=46 mm，Lu=38 mm，Wu=38 mm，Ls=37 mm，Ws=7 mm，Ps=11 mm，Lf=28 mm，Ld=3 mm，H=10 mm，Hf=8.5 mm，Hu=10 mm.图3给出了优化后的L形探针耦合馈电E形层叠微带天线的电压驻波比曲线.图3 L形探针馈电E形层叠微带天线的电压驻波比曲线本文天线VSWR＜2的频带范围为2.1 GHz～3.08 GHz，相对带宽为37.8%，同时由图3可明显看出E形微带天线的3个邻近的谐振频率(分别为2.18 GHz、2.66、3.02 GHz)，表征了其3 峰谐振方式的宽频带特性.图4给出了该天线在2.18、2.66、3.02 GHz的3个谐振峰值的电流分布图.图4 三峰谐振的电流分布图图5给出了本文天线的增益曲线，天线的增益在2.08 GHz～3.06 GHz范围内均＞8dBi.增益＞8dBi的频带范围与VSWR＜2的频带范围往低端偏离了0.02 GHz.阻抗带宽内的增益值＞7.6 dBi，平均增益达到8.7 dBi.图5 本文天线与探针直馈E形天线的增益曲线表1根据图3和图5给出的天线阻抗和增益特性，与文［8］中探针直馈式的E形层叠天线的性能比较见.表1 本文天线与文［8］中天线性能比较E形天线馈电方式阻抗相对带宽/% 平均增益37.8 8.71文［8］中探针直馈 38.4 6.84文［8］中探针直馈并加垫圈/dBi L 探针耦合馈电44.9 7.02由表1可知，本文天线在阻抗带宽内的平均增益明显高出文［8］中给出的两种天线，阻抗带宽与文［8］探针直馈式E形层叠天线相当，但要窄于文［8］探针直馈并加垫圈的E形层叠天线.图6给出了本文天线的E面和H面波束宽度曲线.随频率升高，E面波束宽度呈变窄趋势，从2.1 GHz的71°变化到 3.08 GHz的56°;随频率升高，H面波束宽度先从2.1 GHz的72°变窄到3 GHz的62°，再从 3 GHz～3.08 GHz突变至96°;若以 E面和 H面波束不畸变，则其波束宽度带宽即为2.1～3 GHz(相对带宽35.3%).图6 本文天线E面和H面的波束宽度曲线图7给出了本文天线的交叉极化隔离度曲线.在阻抗带宽范围内，天线的交叉极化隔离度＜-52 dB.图7 本文天线交叉极化隔离度曲线图8～图10给出了本文天线在2.18 GHz、2.66 GHz、3.02 GHz频率处的E面和H面方向图，并给出了主极化分量和交叉极化分量，图中实线表示主极化分量.虚线表示交叉极化分量.图8 2.18 GHz时E面和H面方向图图9 2.66 GHz时E面和H面方向图图10 3.02 GHz时E面和H面方向图3 结语本文设计了一种L探针耦合馈电的E形层叠微带天线.采用E形贴片上方层叠寄生单元的方式拓宽天线的带宽;采用L形探针耦合馈电的方式有效避免探针直馈引入的附加电感，提高天线的辐射效率.文中天线获得了37.8%的阻抗带宽和大于7.6dBi的带内增益.天线的平均增益达到8.7 dBi，带内交叉极化隔离度优于-52 dB. 参考文献:【相关文献】［1］WAYNE S T ROWE，ROD B.Waterhouse.Integratable Wideband Dual Polarized Antennas With Rear Field Cancellation［J］.IEEE Trans.Antennas Propagat.2003，51(3):469-477.［2］李琴芳.高增益微带天线的研究与设计［D］.南京:南京邮电大学硕士学位论文，2009:35-46. ［3］WEIGAND Steven，HUFF GREG H，KANKAN H，et al.Bernhard，Analysis and Design of Broad-Band Single-Layer Rectangular U-Slot Microstrip Patch Antennas ［J］.IEEE Trans.Antennas Propagat.2003，51(3):457-468.［4］YANG Fan，ZHANG Xuexia，YE Xiaoning，et al.Wide-Band EShaped Patch Antennas for Wireless Communications［J］.IEEE Trans.Antennas Propagat.2001，49(7):1094-1100. ［5］YUEHE GE，KARU P.ESSELLE，et al.E-Shaped Patch Antennas for High-Speed Wireless Networks［J］.IEEE Trans.Antennas Propagat.2004，52(12):3213-3219.［6］王玉峰，龚传，林鑫超.一种高增益高极化隔离的宽频带L形探针馈电E形微带天线［J］.通信对抗，2011，115(3):47-51.［7］王玉峰，徐俊梅，张明芳，等.一种串联馈电E形高增益微带天线［J］.通信对抗，2013，121(1):46-49.［8］OOI Ban-Leong，QIN Shen，LEONG Mook-Seng.Novel Design of Broad-Band Stacked Patch Antenna［J］.IEEE Trans.Antennas Propagat，2002，50(10):1391-1395. ［9］GUO Yong-Xin，LUK Kwai-Man，LEE Kai-Fong.L-Probe Fed Thick-Substrate Patch Antenna Mounted on a Finite Ground Plane［J］.IEEE Trans.Antennas Propagat.2003，51(8):1955-1963.［10］GUO Yongxin，MAK Chilun，LUK Kwaiman，et al.Analysis and Design of L-Probe Proximity Fed-Patch Antennas［J］.IEEE Trans，Antennas Propagat，2001，49(2):145-149. ［11］林昌禄.天线工程手册［Z］.北京:电子工业出版社，2002.［12］GRIFFIN J M，FORREST J R.Broadband Circular Disc Microstrip Antenna［J］.Electron.Lett，1982，18:266-269.。
展宽贴片天线频带的L型馈电方法的设计与分析
展宽贴片天线频带的Ｌ型馈电方法的设计与分析作者：罗志升王黎高晓蓉王泽勇赵全轲来源：《现代电子技术》2009年第01期摘要：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。
采用Ansoft公司的HFSS仿真软件仿真分析了L 型探针馈电方法的微带贴片天线,并且设计了一个中心频率为1 000 MHz的L形探针馈电方法的微带贴片天线,其绝对带宽为320 MHz,达到了中心频率的32％,辐射增益大约为9 dB。
其具有尺寸小,结构简单,超宽带的特征。
关键词：带宽；中心频率；L型探针馈电；微带贴片天线中图分类号：TN82 文献标识码：B文章编号：1004-373X(2009)01-070-04Design and Analysis of Bandwidth-enhancement Technique of L-probe-fed Patch AntennaLUO Zhisheng,WANG Li,GAO Xiaorong,WANG Zeyong,ZHAO Quanke(College of Sciences,Southwest Jiaotong University,Chengdu,610031,China)Abstract：Microstrip antennas have inherent extremely narrow band-width,it is very difficult to be applied in more domains.Thus the wide band-width research of microstrip antennas is of great significance to the application.In this paper,by using Ansoft Company′s simulation software HFSS,the simulation and analysis of L-probe-fed microstrip patch antenna are shown,and a 1 000 MHz center frequency L-probe-fed microstrip patch antenna is designed.Its absolute bandwidth is 320MHz,reaching 32% bandwidth of that at the center frequency.The radiation gain is about 9 dB,it is characterized by its small size,simplified structure and ultra-wide band.Keywords：band width;center frequency;L-probe-fed;microstrip patch antenna0 引言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。
采用L型馈电结构的宽带圆极化微带天线
采用L型馈电结构的宽带圆极化微带天线
卢佳妮;丁付兵;司贵宝;韩荣苍;孙如英
【期刊名称】《科技创新与应用》
【年(卷),期】2022(12)14
【摘要】提出一种L型微带线馈电的宽带圆极化微带天线。
该天线采用威尔金森功分器级联宽带移相器作为馈电网络,产生一对超带宽正交信号。
L型馈电结构利用容性耦合馈电机制,克服传统的探针馈电结构感抗过大的缺陷,实现良好的阻抗匹配。
研究结果表明,天线在41.3%(2.45~3.69 GHz)的带宽内回波损耗大于10 dB;在2.46~3.69 GHz频段内顶点轴比小于3 dB,圆极化相对带宽达到41%;在中心频率3.0 GHz处天线增益为7.94 dBi。
此外,天线在整个工作波段内具有稳定的天线增益和良好的辐射方向图。
【总页数】4页(P39-41)
【作者】卢佳妮;丁付兵;司贵宝;韩荣苍;孙如英
【作者单位】临沂大学物理与电子工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】TN820.1
【相关文献】
1.正交缝隙耦合馈电宽带圆极化微带天线设计
2.采用弧形耦合馈电的宽带圆极化陶瓷天线
3.一种微带线馈电的宽带圆极化微带天线的设计
4.反转容性探针馈电宽带圆极化微带天线的设计
5.基于串行馈电网络的宽带圆极化微带天线
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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】
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