为解决窄频带问题：设计宽频带E型微带天线并进行分析

微带天线具有体积小、重量轻、易馈电、易与载体共形等优点，广泛直用于测量和通信各个领域。但是，微带天线的窄频带特性在很多方面限制了它的广泛应用，因此展宽微带天线的带宽具有十分重要的意义。
近年来，人们在展宽微带天线的带宽方面做了很多的研究：增大基板厚度，降低介电常数;采用电磁耦合多谐振来扩展带宽的方式，采用缝隙耦合馈电的方式，采用多层结构。
本文在对上述各种展宽带宽技术的比较研究之后，通过在u型微带天线中间加一段传输线构成新型的e型微带天线，实现了天线阻抗频带的展宽。利用hfss模拟仿真以及实测结果表明，这种天线在工作于4.25～5.366 ghz时，其相对带宽达到了23.2%，且采用了传统的同轴馈电，结构简单，易加工。
1 天线设计与分析
微带天线的结构如图1所示：
贴片的长为l，宽为w，馈电点位置为(p_x，p_y)，u_l和u_w为u型天线尺寸，u型天线中间增加的微带线的长度和宽度分别为e_l和e_w，微带天线离地面的高度为h。当e_l为零时即为u型天线，e_l不为零时为e型天线。
天线采用传统的同轴馈电方式。天线与地面之间采用空气为介质，减少采用高介电常数介质带来的损耗，同时呵达到增加频带宽度的目的。
从图2、3可知，随着e_l的增大，高频谐振频率点变小，在e_l=14.5 mm时候高频谐振点获得较好的匹配，当e_l继续增大时候匹配变差。
随着e_l的增大，高频谐振频率点变小曲线
由图4可得，随着e_w增大，低频谐振点匹配变差，而高频谐振点匹配变好。通过调节中间传输线的长度e_l和宽度e_w可获得两个匹配较好的谐振频率点。
如图4可得，随着p_y的值增大，天线匹配越好，但是天线工作频带变小。通过调节p_y值，可获得最佳的天线匹配和频带的展宽。
不同p_y的sn曲线
2 仿真与实测结果分析
经过多次仿真优化后得出e型微带天线的具体尺寸，表1为u型天线和e型天线的尺寸(单位：mm)。根据表中参量的值
u型天线和e型天线的尺寸
采用hfss对本文所设计的微带天线进行仿真，仿真结果如图5～图7所示。
图5是u型微带天线和e型微带天线的回波损耗曲线图。
u型微带天线和e型微带天线的回波损耗曲线图
由图可得，u型天线s11小于-10 db的频率从4.715～5.035 ghz，中心频率为4.875ghz，频带宽度bw=0.32 ghz，相对带宽为6.5%;e型天线s11小于-10 db的频率从4.25～5.364 ghz，中心频率为4.807 ghz，频带宽度bw=1.114 ghz，相对带宽为23.2%，相对于u型天线带宽展宽3.5倍。因此，在u型天线中间加入传输线可以有效展宽带宽。
图6，图7是e型天线在两谐振点的e面和h面方向图。
e型天线在两谐振点的e面和h面方向图
由图可得，微带天线的最大增益达到9 db，较之传统的微带天线增益(5 db)有较大的增加。
图8为e型天线加工的实物图。图9为用agiknte5071c网络分析仪测试e型天线的s11曲线，实测s11小于-10 db的频带为4.09～5.06ghz。
e型天线加工的实物图
由于加工粗糙和馈电端口误差导致对天线频移和带宽的减小，但和仿真的结果相近。
3 结语
针对做带天线窄带的特性，本文提出了一种有效展宽微带天线频带的方法。通过在u型微带天线中间加一段传输线，适当调整同轴馈电点和传输线的长宽，实现了宽频带高增益的e型微带天线的设计。天线工作在4.25～5.366 ghz频带内，且增益达到了9 db，相对带宽达到23%，可运用于ieee 802.1 1 a(5 ghz)频段的无线局域网。本文给出了实测结果，并与仿真结果一致。