硅谷杂志：一种顶部加载小型化印刷对数周期天线 |
| 2012-11-05 08:21 作者：张书俊 陈斌 李均 来源：硅谷网 HV： 编辑： 【搜索试试】
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【硅谷网11月5日文】据《硅谷》杂志2012年第16期刊文称，设计一款基于同轴馈电的印刷对数周期天线，天线参数采用电磁仿真软件IE3D进行仿真和优化，所设计的天线在工作波段470MHz-862MHz内，电压驻波比（VSWR）<2整个工作波段内增益均在6dBi以上，且有很好的端射方向性。最后制作天线样品，并进行测试，实测数据和仿真结果吻合良好。
0引言
伴随现代通讯系统的飞速发展，通信设备体积的不断减小，通信频带不断向宽频带高频段发展，这推动了作为通信系统中的关键部件天线的小型化和宽带化。对数周期天线（LPDA）于20世纪50年代提出，属于非频变天线，具有宽频特性。常规对数周期天线的设计方法已有文献作介绍[1]，这样设计出的对数周期天线在宽频带范围内能满足驻波系数，方向图，增益等方面的性能要求，但因为尺寸过大而导致其应用范围受到了限制。本文通过优化比例和间隔因子来减小传统对数周期天线的纵向长度，从而减小整体尺寸的大小。并且用加载的方式进一步实现了小型化目的，且具有良好的性能参数，利用IE3D电磁仿真软件对该天线进行分析、仿真以及优化。最后本文加工了天线样品。
1天线结构的设计与仿真
本文设计的天线采用同轴线直接馈电，振子对集合线的电容加载会使输入阻抗降低，所以集合线的特征阻抗要稍大于50，选择不同的集合线宽度调节集合线特征阻抗的大小。如图1所示，该天线采用厚度为1.6mm，材料为低损耗FR4介质板材（=4.6，tan=0.02），最长的阵子T型[2]，以缩短振子的尺寸达到小型化目的，通过IE3D12.0电磁仿真软件进行优化和分析，最终设计到的天线尺寸为279mm×235mm×1.6mm。集合线的宽度W为2.1mm，最优天线设计尺寸具体如下：H=1.6，W=2.1，L1=52.1，W1=6.01，L2=59.26，W2=6.83，L3=66，28，W3=7.76，L4=74.46，W4=8.82，L5=85.88，W5=10.02，L6=98.72，
W6=11.39，L7=112.19，W7=12.94，L8=127.49W8=14.7，L9=16.71，W0=32.71，L0=5（单位：mm）
图1天线尺寸图
图2天线实物图
2仿真与实验数据结果分析
通过IE3D软件的优化与设计，确定该天线的最终尺寸，并对所得到的天线模型进行加工和测试，图2所示为天线的实物图，借助矢量网络分析仪R/S300KHz-4GHz测试天线的驻波比，测试和理论仿真的电压驻波比（VSWR）比较结果如图3所示，从图中可以看出在整个频段范围内驻波特性与仿真计算结果基本吻合，实测值与仿真值两者之间会存在一定的偏差，主要是射频同轴连接器（SMA）接头的焊接精度、天线尺寸的加工误差、介质板的介电常数及测量环境不稳定等等客观因素造成，在工作波段内实测驻波比小于2，很好的满足所需参数指标。
图3天线驻波比仿真与实测曲线图
图4和图5为天线频段的参考频点的辐射方向图，通过测试与理论仿真数据的对比，两者吻合比较好，存在一定偏差，主要是在外场测试环境下得到的测试结果，一些物体的反射会干扰测试的结果，所以测试数据不能与仿真结果非常吻合。
图4频率为470MHz的E面方向图
图5频率为862MHz的E面方
图6天线的增益仿真曲线
图6给出了天线增益仿真数据，从图中可以看出，在整个工作频带内在6dB以上，该天线实现了较高的增益。
3总结
本文设计并制作了一款小型印刷平面对数周期天线，该天线在工作频段470MHz-862MHz内的电压驻波比都小于2，增益均在6.dBi以上。并且该天线有很好的端射方向性。实验表明天线具有小型化，和宽带特性。同时还具有较高的增益。该天线比较适合在广播电视中应用。
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