《電子技術(shù)應(yīng)用》
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零磁導率諧振器加載寬帶印刷單極子天線設(shè)計
2020年電子技術(shù)應(yīng)用第8期
李曉峰,，彭 麟
桂林電子科技大學 信息與通信學院,，廣西 桂林 541004
摘要： 在印刷單極子天線上刻制零磁導率諧振器(MZR)，使MZR的諧振頻率低于并融合于天線的諧振頻率,，不但可有效減小天線整體尺寸，還可增加天線帶寬,。設(shè)計并制作了原型天線,，測試結(jié)果表明，加載MZR后的印刷單極子天線的阻抗帶寬可以顯著向低頻段擴展,。由于天線具有電小結(jié)構(gòu),，保證了輻射的全向特性和波束指向穩(wěn)定性。同時基于微帶線模型對MZR加載天線機理進行了討論分析,。
中圖分類號： TN823
文獻標識碼： A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.200135
中文引用格式： 李曉峰,，彭麟. 零磁導率諧振器加載寬帶印刷單極子天線設(shè)計[J].電子技術(shù)應(yīng)用，2020,，46(8)：13-16,，20.
英文引用格式： Li Xiaofeng，Peng Lin. Design of MRZ-loaded wideband printed monopole antenna[J]. Application of Electronic Technique,，2020,，46(8)：13-16，20.
Design of MRZ-loaded wideband printed monopole antenna
Li Xiaofeng,，Peng Lin
School of Information and Communication,，Guilin University of Electronic Technology，Guilin 541004,，China
Abstract： A mu-zero resonance(MZR) resonator is etched in the patch of a printed monopole antenna. The MZR resonator generates a new resonance. As the MZR resonance is lower than the monopole and the resonances merge with each other, size reduction and bandwidth enhancement were obtained. A prototype was designed and fabricated. The test results show that the impedance bandwidth of the MRZ-Loaded monopole is extend to lower frequency remarkably. Because of the small electric structure of the antenna, the omnidirectional radiation and the beam pointing stability is well guaranteed. A microstrip line based model was built to analyze the MZR resonator antenna.
Key words : mu-zero resonance resonators,；loaded monopole；miniaturization,；wide band

0 引言

    單極子天線由于結(jié)構(gòu)簡潔和全向輻射特性而獲得廣泛應(yīng)用,，平面印制單極子天線可在電路板上直接蝕刻完成，同時不需要進行平衡到不平衡的轉(zhuǎn)換,，其制作方便并且可與電路集成,，是常用的天線類型。印制單極子天線通過結(jié)構(gòu)的改進能獲得非常大的阻抗帶寬,，常見的方案是通過改變單極子的形狀結(jié)構(gòu)或者接地板的形狀結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)寬頻帶的阻抗匹配[1-5],。例如文獻[1]中提出一種印刷三角形單極子天線；文獻[3]設(shè)計了一種印刷橢圓形單極子天線,，通過在微帶線的屏蔽導體上開一個凹槽來調(diào)整天線的阻抗帶寬,；文獻[4]分析了圓形單極子天線的特性；文獻[5]通過在接地面上端引入漸變梯形結(jié)構(gòu)調(diào)整饋入端接地面間隙,實現(xiàn)印制矩形單極子天線的超寬帶特性,。

    常見的印制單極子的形狀包括圓形,、橢圓形、三角形,、半圓形,、多邊形等結(jié)構(gòu),。對比分析這些不同形狀的印制單極子天線，不難發(fā)現(xiàn),，它們具有相似的阻抗特性,。它們的阻抗帶寬對其形狀變化并不敏感，這是因為印刷單極子天線的阻抗帶寬性能及工作原理是一致的,，其寬帶特性可被視為理想單錐天線的非頻變特性,。此類超寬帶單極子天線難以實現(xiàn)小型化設(shè)計，其輻射振子的最小尺寸受限于其最低設(shè)計頻率,，而且在高頻端由于振子的電尺寸變大,，其方向圖出現(xiàn)副瓣，進而波束指向改變,，失去全向輻射特性,。

    利用容性加載能夠有效地提高電小天線的輻射效率，通過加載改變振子上的電流分布,，實現(xiàn)低頻的匹配是實現(xiàn)天線小型化的有效方法,。但是對于印制結(jié)構(gòu)天線，為了實現(xiàn)較大的電容加載,，往往使得振子結(jié)構(gòu)變化較大而破壞了其全向輻射特性[6-8],。

    超材料諧振器結(jié)構(gòu)緊湊，利用貼片與接地板結(jié)構(gòu)可以方便形成等效超材料模型,，因此它在微帶天線設(shè)計中具有很大的吸引力[9-10],。然而，超材料諧振器天線存在著頻帶窄,、增益小等缺點[9-13],。為了克服這些缺點，天線設(shè)計中一般采用加載電磁帶隙,、短路枝節(jié)，甚至多層結(jié)構(gòu)或者厚介質(zhì)板等方法,，通過激發(fā)多諧振多模式增加帶寬,。但是，這種設(shè)計不僅增加制造的復雜性,，其引入的非對稱結(jié)構(gòu)也會導致天線輻射方向圖傾斜或變形[13-15],。

    本文采用新型零磁導率諧振器(MZR)對印刷天線進行加載，增加天線帶寬,，減小天線尺寸,。諧振器尺寸很小，可直接刻蝕于單極子上,，保持了天線的緊湊特性,。




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作者信息:

李曉峰,，彭  麟

(桂林電子科技大學 信息與通信學院，廣西 桂林 541004)

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