0 引言

    單極子天線(xiàn)由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(xiàn)可在電路板上直接蝕刻完成，同時(shí)不需要進(jìn)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(xiàn)類(lèi)型。印制單極子天線(xiàn)通過(guò)結(jié)構(gòu)的改進(jìn)能獲得非常大的阻抗帶寬，常見(jiàn)的方案是通過(guò)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(lái)實(shí)現(xiàn)寬頻帶的阻抗匹配^[1-5]。例如文獻(xiàn)[1]中提出一種印刷三角形單極子天線(xiàn)；文獻(xiàn)[3]設(shè)計(jì)了一種印刷橢圓形單極子天線(xiàn)，通過(guò)在微帶線(xiàn)的屏蔽導(dǎo)體上開(kāi)一個(gè)凹槽來(lái)調(diào)整天線(xiàn)的阻抗帶寬；文獻(xiàn)[4]分析了圓形單極子天線(xiàn)的特性；文獻(xiàn)[5]通過(guò)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(shí)現(xiàn)印制矩形單極子天線(xiàn)的超寬帶特性。

    常見(jiàn)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(duì)比分析這些不同形狀的印制單極子天線(xiàn)，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(duì)其形狀變化并不敏感，這是因?yàn)橛∷螛O子天線(xiàn)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(xiàn)的非頻變特性。此類(lèi)超寬帶單極子天線(xiàn)難以實(shí)現(xiàn)小型化設(shè)計(jì)，其輻射振子的最小尺寸受限于其最低設(shè)計(jì)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(jìn)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(xiàn)的輻射效率，通過(guò)加載改變振子上的電流分布，實(shí)現(xiàn)低頻的匹配是實(shí)現(xiàn)天線(xiàn)小型化的有效方法。但是對(duì)于印制結(jié)構(gòu)天線(xiàn)，為了實(shí)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(xiàn)設(shè)計(jì)中具有很大的吸引力^[9-10]。然而，超材料諧振器天線(xiàn)存在著頻帶窄、增益小等缺點(diǎn)^[9-13]。為了克服這些缺點(diǎn)，天線(xiàn)設(shè)計(jì)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(guò)激發(fā)多諧振多模式增加帶寬。但是，這種設(shè)計(jì)不僅增加制造的復(fù)雜性，其引入的非對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)也會(huì)導(dǎo)致天線(xiàn)輻射方向圖傾斜或變形^[13-15]。

    本文采用新型零磁導(dǎo)率諧振器(MZR)對(duì)印刷天線(xiàn)進(jìn)行加載，增加天線(xiàn)帶寬，減小天線(xiàn)尺寸。諧振器尺寸很小，可直接刻蝕于單極子上，保持了天線(xiàn)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(xué) 信息與通信學(xué)院，廣西 桂林 541004)