本站原创【摘 要】在传统的印刷偶极子上通过切角、向上弯折的形式来扩展偶极子的轮廓,并通过改变馈电开路枝节的宽度的方式来展宽天线的带宽,并将该结构应用于双极化基站天线中.研究表明,单元天线在1.50～3.38GHz范围内,VSWR<2,相对带宽达到77%,获得了较好的带宽特性；组成双极化天线后,在1.8～2.7GHz的频率范围内,天线的交叉极化比、水平面波束宽度、隔离度等指标能较好满足移动通信的要求,可以应用于移动通信系统中.
【关 键 词 】印刷偶极子 基站天线 带宽
1.引言
随着移动通信的快速更新和发展,提高移动通信的信道容量变得日益重要.提高信道容量的研究主要集中在频率复用和正交极化技术.目前的通信系统存在状况是多系统并存,因此设计满足多制式需求的宽频带双极化天线日益受到人们的青睐[1].
印刷偶极子天线由于具有剖面薄、重量轻、体积小、成本低、便于集成和组成阵列等优点而得到广泛的应用.带宽窄是印刷偶极子天线的主要缺点.国内外关于提高印刷偶极子天线的带宽做了许多的研究.文献[2]采用神经网络参数优化,天线的相对带宽可以达到40%；文献[3]采用馈电尺寸可调整的巴伦,可匹配不同的阻抗值,文献中采用的形式相对带宽达到40%；文献[4]采用中间馈电,相对带宽达到了41.5%,并通过周期性加载的形式,在L波段相对带宽达到47.8%,在S波段相对带宽达到15.1%；文献[5]采用双面偶极子天线,相对带宽达到了50%；文献[6]在印刷巴伦的馈线中间加入开路匹配短截线,天线的相对带宽扩展到69.3%.
本文在前述研究的基础上,采用切角、增加渐变和改变巴伦的匹配形式来扩展带宽,并将其应用于双极化基站天线中,研究表明该双极化天线具有较好的电特性和方向图特性.
2.单元天线的结构与设计
本文所设计的天线单元如图1所示,图1（a）表示天线的正面,图1（b）表示天线的反面,单位为mm.介质板采用的是Taconic RF-30（tm）,相对介电常数为3,介质板的厚度为1mm.
该结构采用同轴线馈电,并且通过与巴伦的连接,电流通过巴伦耦合到印刷偶极子的两个辐射臂上,实现了平衡与不平衡的转换.
本文在原印刷偶极子天线的基础上,做出了如下改进：
（1）在两辐射臂的缝隙之间进行切角,在辐射臂部分向上弯折.两种方式可以增加辐射部分上面的轮廓,使得高频谐振点右移,进而扩展天线的带宽；
（2）改变开路枝节的宽度,使匹配效果更好.
用Ansoft HFSS13.0对天线进行仿真分析,仿真结果如图2所示：
由图可知,在1.50～3.38GHz范围内,VSWR<2,相对带宽达到77%,具有绝对的宽带优势,优于同类型的印刷偶极子天线.
3.双极化天线的结构与分析
将上述结构加上反射板,在其中一个天线的基板上端开口,另外一个基板的下端开口,组成正交45°双极化天线.
天线的结构形式如图3所示,单位为mm.介质板采用的是Taconic RF-30（tm）,相对介电常数为3,介质板的厚度为1mm,反射板长200mm.
利用Ansoft HFSS13.0对天线进行建模分析,得到天线1的电性能和辐射方向图,如图4所示：
在1.8～2.7GHz的频率范围内,VSWR<1.5,隔离度大于28dB.从辐射方向图中可以看出,在1.7GHz、2.2GHz、2.7GHz的频点处,主极化交叉极化比大于15dB,±60°范围内大于10dB,波束宽度收敛于（65±6）°.可以应用于3G、IMT-Advanced系统中.
天线2与天线1具有相似的辐射特性,故在此不一一列出.
此双极化天线与目前常用的对称振子天线[7,8]相比,结构更简单,制作更容易.
4.结论
本文在传统的印刷偶极子上进行了改进,并将该结构应用于双极化基站天线中.研究表明,通过改变印刷偶极子的轮廓,可以改变天线的谐振点,进而起到提高天线带宽的作用.此双极化天线具有较好的电性能和辐射性能,可以应用于3G、IMT-Advanced系统中.下一步可将该天线组成阵列,优化天线结构,以获得更好的性能.