一种S波段宽带微带贴片天线阵列的设计
摘要：介绍了一种宽带微带贴片天线单元及2元阵列的设计方法，天线工作的中心频率为2．5 GHz(S波段)。天线单元设计中采用口径耦合理论和层叠贴片天线结构，有效增大了天线的阻抗带宽。仿真结果表明该天线阵列实际增益达到11．9 dB；在2．27～2．78 GHz频率范围内端口驻波比小于2，相对带宽为20．4％；交叉极化电平为-31 dB，证明该天线阵具有宽频带、低交叉极化等优良性能。
关键词：宽带；口径耦合；层叠贴片天线；微带天线
0 引言
微带天线是应用最广泛的天线之一，它具有体积小、重量轻、低剖面、能与载体共形等优点，目前已成为天线领域中研究的热点之一。采用层叠贴片天线结构可以有效增加微带天线带宽；采用口径耦合的馈电方式可以减少馈电网络对天线辐射单元的耦合。
本文综合运用口径耦合理论、多层贴片结构设计出一种工作在S波段的宽带微带贴片天线单元，并以该天线单元为基础，采用E面排列形式组成2元线阵。利用电磁仿真软件对该天线阵进行了仿真优化。文中给出了仿真结果，证明该天线阵具有宽频带、低交叉极化等优良性能。
1 天线单元设计
设计的天线单元结构如图1所示。单元采用有利于展宽天线频带的双层方形贴片结构，下层为激励贴片，尺寸为46 mm；上层为寄生贴片，尺寸为40 mm。第一、二层介质板使用介电常数较低的泡沫材料，以利于场的辐射，同时也降低了微带天线的Q值，进一步增加了天线的带宽。第一层介质板厚度为11 mm，第二层介质板厚度为4 mm。第三层介质板为馈电层，使用介电常数较高的环氧树脂材料，以利于场的束缚，厚度为1 mm。第二、三层介质板之间为开缝接地板，在中心位置刻有一条矩形缝，缝宽为6 mm，缝长为24 mm。第三层介质板的下方是馈电网络，微带馈线采用中心正馈的方式，以增强辐射贴片与馈线之间的耦合，馈线宽度为1 mm。
仿真得到的天线单元的VSWR如图2所示。在2．22～2．72 GHz的频率范围内VSWR小于2，相对阻抗带宽为20％，与相对阻抗带宽仅为5％的单层贴片微带天线相比，带宽增加了15％。该天线单元的实际增益达到了8．4 dB，如图3所示。
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