一种小型化超宽带定向双极化天线设计

片和地板上刻饰缝隙，以延长电流的表面流经路径，从而提 高带宽。Sadeghi P 等[4]在缝隙天线上加载一对 L 型结构和螺 旋结构，拓展了天线的轴比带宽，可以达到 56 %，然而也增 加了天线的复杂度。
文章所采用的是由 Gibson 提出的 Vivaldi 天线[5]，具有 超宽带特性，且有很高的增益，常应用于无线通信领域。 Vivaldi 天线的槽线是按照指数渐变张开，张开部分是进行电 磁波的接收和发射。由于不同部分辐射不同的电磁波，理论 上应该有较宽的工作带宽，但是实际上受到空间或者物理尺 寸的限制，一般不会有无限带宽。要保证天线有效辐射，一 般取天线的开口尺寸要大于 1/2 的低频端介质波长，Aun R G 等[6]提出一种新型的 Vivaldi 天线，天线的带宽相对提高，增 益也有所增加，但是天线的设计过于复杂，不易加工和设计。 Bai J 等[7]通过在辐射贴片上加载矩形缝隙，来改善天线的阻 抗匹配，可是天线的整体尺寸依然相对较大。本文是在 Vivaldi 天线上开有矩形缝隙并在金属辐射贴片的末端加载寄生贴片 和加载电阻，将 Vivaldi 天线正交放置得到一款性能优良的圆 极化天线。
Abstract: A compact ultra-wide band directional antenna based on the dual polarized applications studied in this paper. The antenna design is based on the improvement of Vivaldi antenna. The element of the antenna is consists of a exponential gradient type patch up on the substrate and a regular feeding line on the bottom of the substrate. Through loading slot and resistance on the patch, we can extend the bandwidth and reduce the size of the antenna. The antenna is fabricated by normal PCB process and then realized by assembling welding. Finally, the hole antenna sizes up to 0.315 λ × 0.261 λ × 0.002 λ. The measured results show that the impedance matching bandwidth (S11<-10dB) is 66.7%. The minimum realized gain at the main radiation direction up to 1.36dBc. Both of the experimental and simulated results have a good agreement.
Key words: compact; dual polarization; resistance loaded; ultra-wideband
1 引言
无线通信应用领域正在不断地发生变化，也迫切地需要 更高性能的无线通信技术，而天线在整个通信系统中起到了 关键性的作用，天线性能的好坏直接关系到前端有源部分所 要达到的指标的高低，天线性能越高也就意味着可以越大程 度地缓解来自有源器件的压力，或者是同样的情况下可以达 到更好的整机效果。目前的无线通信领域正朝着高增益、宽 带化和小型化的高速率、大容量的集成方向发展。国内外的 许多学者也在研究微带形式的宽频圆极化天线，致力于拓展 带宽和找到更好的方法改变电磁波的空间分布，像增加介质 基片厚度，减小介质的相对介电常数，增加阻抗匹配网络， 加载寄生贴片或者加载电阻，刻饰缝隙以改变电流的流经路 径等等一些有效的方法。为了实现小型化，一般在天线工程 领域会采用一些加载技术[1]。常用的几种方法有导体加载、集 总元件加载、高介电常数材料加载，或者利用短路技术以及 通过改变周围的环境等手段来达到自己想要的小型化结果， 这些技术也都是非常有效而实用的。杨放等[2]通过在微带辐射 贴片上开有一个大大的十字型缝隙并嵌入 L 型的枝节的方式 拓展天线的带宽实现天线的小型化；郑庚琪等[3]通过在寄生贴
总第 21 卷 241 期 2019 年 9 月
大众科技 PopulBaidu Nhomakorabear Science & Technology
Vol.21 No.9 September 2019
一种小型化超宽带定向双极化天线设计
李 庭 唐水清 腾贤清
（桂林长海发展有限责任公司，广西 桂林 541001）
【摘 要】文章提出了一种应用于超宽带定向双极化天线的小型化设计。该种天线设计方案是基于改进型 Vivaldi 天线单元
实物并进行测试验证，结果表明，实测结果与仿真结果基本一致。
【关键词】小型化；双极化；电阻加载；超带宽
【中图分类号】TN82
【文献标识码】A
【文章编号】1008-1151(2019)09-0010-03
Design of a Compact Ultra-wideband Directional Dual Polarized
类型。该天线设计主要是由指数渐变形贴片和背面的矩形馈电线组成，通过在贴片上加载缝隙和加载电阻的方法拓展带宽和减
小天线的结构尺寸。采用常规 PCB 加工工艺，通过组装焊接，最终实现天线整体尺寸达到 0.315 λ×0.261 λ×0.002 λ。实测结果
表明，天线的阻抗带宽（S11＜-10 dB）为 66.7%，增益在阻抗带宽内 0°方向上最低可达到 1.36 dBc。根据仿真结果加工天线
【收稿日期】2019-07-05 【作者简介】李庭（1980－），男，桂林长海发展有限责任公司工程师，研究方向为电子对抗与雷达技术。