1天线的分析与设计

　　本研究采用HFSS仿真软件分析和设计天线。

　　该天线由介质板、空气层和反射板三层组成双环形臂为辐射单元，两段短截线为调节枝节。

　　天线的辐射特性可以由天线的表面电流分布来解释。该天线类似镂空的蝶形印刷天线，表面电流的分布与半波阵子十分相似，同时又除去了蝶形贴片上的多余电流，使电流分布更加规则与紧凑，降低了交叉极化。

　　1.1CPS馈线的设计

　　为了便于与系统集成，本设计天线采用CPS馈电形式。w和s分别为带状线的宽度及二者之间的距离，εeff为有效介电常数。CPS的特性阻抗式计算中，k′=1-s 2ω2。

　　采用的介质板厚度h1=0.8mm，介电常数εr=2.65mm，损耗角正切为0.001.CPS的几何尺寸设计为s=0.4mm，w=0.8mm，从而CPS的特性阻抗为170Ω。

　　1.2水滴环形天线的设计与分析

　　每个水滴环形臂张角为90°，周长为1.24λ0.反射板放在介质板下方0。21λ0处，以提高天线增益，同时降低天线的背向辐射，提高波瓣的前后比。天线的主要参数：

　　l1=14.84mm，l2=10.85m，l3=12.10mm，l4=0.80mm，l5=0.80mm.输入阻抗Zd=263-j6（Ω），E面的交叉极化低于-38dB.此外，该天线有着大于70°的波瓣宽度。

　　下面分析天线的主要几何参数对天线性能的影响。当分析一种参数的影响时，其他参数保持上述数值不变。频点随天线臂周长的改变。随着周长的增大，谐振点不断降低。仿真还得出l1可用来调节天线的虚部。随着l1的伸长，天线的虚部呈上升趋势，当l1=14.85mm时，实现天线的匹配。同时，l1为组阵带来方便。

　　1.3天线与巴伦

　　由于CPS馈电的天线属平衡型天线，而同轴电缆属不平衡传输线，若将其直接连接，同轴电缆的外导体就有高频电流流过，会影响天线的辐射，所以就要在天线和电缆之间加入平衡2不平衡转换器，把流入电缆屏蔽层外部的电流屏蔽掉。而巴伦就是一种将平衡双导线接到非平衡同轴线的器件。因此，为了实际测试天线性能，需要引入微带巴伦的设计。

　　本方案中，巴伦不仅提供平衡不平衡转换，同时也为两种不同的线路提供阻抗转换，从而达到匹配效果，天线巴伦如所示。由于巴伦自身的辐射与损耗，影响了天线的增益以及交叉极化和带宽。在5.8GHz中心频率上，天线的增益为10.8dB，天线加巴伦的增益为9.7dB.天线与天线加巴伦的S11，二者均为-38dB.

　　2实测结果

　　本研究设计并实测了一个工作在5.8GHz下的水滴环形印刷天线。给出了反射系数S11的实验结果，在频率为5.8GHz时，S11为-22dB.实测的中心频率较仿真值偏移100MHz.天线增益如所示，在频率为5.9GHz时，最大方向上的增益为9.8dB.

　　由于反射板的固定由手工完成，与介质板之间的距离较仿真值存在误差，再加上加工误差，从而造成天线频率的偏移。

　　3结语

　　本研究提出一种具有高增益、低交叉极化、宽波瓣、CPS馈电的双环形印刷天线。为便于该天线测试，引入了CPS2微带线巴伦的设计。仿真与实测结果比较吻合。该天线可用于低功率密度下的整流天线系统和无线通信系统的射频前端。