一种新型S波段宽带圆形贴片天线的设计

摘要：采用HFSS11电磁场仿真软件设计和仿真了一种工作于S波段的新型宽带圆形微带贴片天线。天线采用聚四氟乙烯和空气两层介质，通过同轴探针顶部加载圆形金属电容片来对辐射贴片进行耦合馈电，由此补偿探针引起的电感；同时，在圆形贴片上开圆弧形缝隙，以生成第二个谐振点，从而进一步增大带宽。结果表明，天线的阻抗带宽达到了38％(VSWR2)，并且在带宽内天线的辐射方向图基本保持稳定。
关键词：宽频带；圆形贴片天线；电容补偿；圆弧形缝隙

0 引言
微带天线是在带有导体接地板的介质基片上贴加导体薄片而形成的天线，它具有剖面薄，体积小，重量轻，容易实现多频段等优点。但微带天线有其固有缺陷，即宽带比较窄，一般只有5％左右。因此，展宽微带天线的带宽具有十分重要的意义。目前，随着微带天线的应用越来越广，对于如何展宽天线的带宽已经出现了很多有效的方法，其基本方法有以下几种：
(1)增大微带介质的厚度；
(2)降低微带介质的介电常数；
(3)采用有耗介质；
(4)附加阻抗匹配网络等。
前两种方法制作起来比较简单，容易加工；第三种方法以天线增益的降低为代价；第四种方法需要设计宽带匹配电路，电路结构复杂，制作难度大。
本文设计了一种新型天线，该天线采用较厚的空气层与较薄的聚四氟乙烯双层介质，在前两种方法的基础上又利用金属电容片补偿同轴探针馈电时所引入的电感，同时在辐射贴片上开缝形成双峰谐振，进一步拓展了天线的带宽。文中对本天线，采用同轴探针直接馈电的天线与仅采用电容补偿馈电的天线的带宽进行了比较。对微带天线进行计算与仿真，调节圆弧形缝隙的位置与长度，可以使单个圆形贴片的阻抗带宽在S波段内达到38％甚至更高，满足了现代通信对天线带宽的要求。

1 微带天线的模型结构
微带贴片天线的模型结构如图1和图2所示，辐射贴片与接地板之间的介质由两部分组成，下层为空气介质，其厚度为h1，上层是聚四氟乙烯，厚度为h2，并且h1远大于h2，这样的组合既可以增大介质层的厚度，又可以等效降低相对介电常数。