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高隔离度双极化孔径耦合天线设计
发表时间:2014年5月12日 14:07 来源:中电网 责任编辑:编 辑:麒麟

通过利用微波仿真软件HFSS进行仿真,以及矢量网络分析仪实测,驻波结果如图3(a)所示,得出天线两个端口的回波损耗都在-16 dB 以下(两端口回波损耗基本一致),能达到较高的通信要求。隔离度结果如图3(b)所示,可以看出,在整个频段内达到-31 dB 以下,具有良好的端口隔离度。从图3中可以看出,可能由于加工、环境等因素,实测结果没有仿真结果理想,但仍能吻合较好,达到较高要求。

通过实测分析不同贴片间距以及孔径大小对天线隔离度的影响,该实测是在基本满足回波损耗的条件下进行的,即回波损耗低于-14dB.

对不同贴片间距和不同孔径尺寸的天线隔离度分别进行研究,当辐射贴片和孔径贴片间距离分别为d1=7mm,d2=6mm,d3=5mm,d4=8mm,d5=9mm,孔径宽分别为L1=2mm,L2=3 mm,L3=1mm时,经网络分析仪实测,得出不同贴片间距和不同孔径尺寸天线的端口隔离度见表1.

取d=7mm,L=2mm,得出不同孔径贴片和反射板之间距离D1=27mm,D2=28mm,D3=29mm,D4 =26mm,D5=25mm 时的实测天线端口隔离度见表2.

从表中比较可以看出,当辐射贴片和孔径贴片间距离为7mm,H形孔径宽度为2mm,辐射贴片和放射板间距离为27mm时,能获得最大隔离度值,为-31dB,而且此时回波损耗能够达到-16dB.

工程中常被采用过的有效改善隔离度的措施主要有:阻挡法(即在电磁耦合通道上设置障碍阻挡电磁耦合)、正交极化法(即2副天线采用相互正交的极 化)、抵消法(即在两天线之间人为开辟另一耦合通道,使之与原耦合相互抵消,实现隔离效果的增强)以及恰当的天线布局(增大天线间距可提高天线隔离度,但实际上经常遇到限制)。

针对文中所示天线设计,基于微带天线以及双极化天线的独特结构,仅正交极化法和恰当的天线布局能有所体现:该天线采用正交极化法,天线极化正交,位置正交;另外合理恰当的天线布局主要体现在孔径贴片与辐射贴片的距离以及孔径贴片与反射板之间的距离上,这也正是该天线取得较高隔离度的关键。

3 结论

该高隔离度双极化孔径耦合天线经仿真及实测,其回波损耗及隔离度都能达到较好效果,两个端口的回波损耗在2.4~2.5GHz能达到-16dB以下,在工作频段内双端口隔离度优于-31dB,可作为WiFi天线单元,用于阵列天线。而且2.4~2.5GHz为各国共同的ISM 频段,无线局域网、蓝牙、ZigBee等无线网络均可工作在此频段上,故该频段基站天线有很大需求及发展空间,研究该频段内的天线具有很好的现实意义。而且该天线为双极化天线,结果理想,设计结构简单,成本低廉,易于制作,可满足较高的阵列天线单元要求。

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