1天线结构
虽然单极子或者偶极子天线简单实用，但它的缺点是阻抗带宽很窄，难以满足实际的工程需求，本设计基于天线带宽的考虑，通过引入适当的渐变结构实现改善阻抗曲线，从而达到拓宽频带之目的。天线的辐射单元采用了输入端口至振子末端的漏斗形渐变结构，改变渐变的参数可以对其带宽进行调整。该天线印刷在介电常数为4．4的FＲ4介质基片上，天线利用共面带状线馈电，入口处微带线的线宽为W1，长度为L1，随后线宽逐渐加宽，经过长度为L2的距离后，宽度变为W3，最后维持宽度不变，继续延伸L3长度，最终形成天线。图2巴伦结构
2巴伦
为了偶极子天线实现平衡馈电，同时进一步改善天线带宽特性，本文借鉴文献［7－8］研究结果，设计了一款巴伦作为功率分配器。该巴伦的结构见图2所示，一段长度为Lb1，宽度为Wb1的共面带状线，其中一条带状线的末端连接一条扇形开路枝节，用以实现信号的调谐;另一条端连接一条长度分别为Lb2、Lb3和Lb4，宽度分别为Wb2、Wb3和Wb4的级联枝节开路线，实现四分之一阻抗变换。同时在介质基板的另一面，利用一段类似于梯形结构的金属带状线，构成该巴伦结构的接地面。最终由那段长度为Lb4、宽度为Wb4的开路枝节与该巴伦地形成微带线结构。该巴伦可以把微带线馈入的非平衡信号，转变为一对大小相等，方向相反的平衡信号，实现信号的功率分配。文献［8］的研究表明，带状线的末端如果不连接扇形开路枝节，也可考虑端接一段开路的矩形微带线，这段开路线的作用是用来改变从微带线到共面带状线的电场分布的，至于是采用扇形还是矩形，要根据带宽需求来定。文献［8］借鉴了文献［9］的结论，但对阻抗转换器做了一定的改变，不过基本原理还是一样，因为微带线与共面带状线的特性阻抗不同，为了达到宽带的要求，必须对两者进行阻抗匹配。
3天线设计及分析
天线整体结构如图3所示。利用HFSS13建模分析，图4给出了共面带状线间距对天线性能的影响，该间距决定了两条线之间的电磁耦合程度，可见对天线的影响十分敏感。图5和图6表明了扇形开路枝节对天线的影响，因为该枝节起到将微带线的电磁场结构逐步调整为共面带状线的电磁场结构，它们需要有90°的旋转，尺寸形状的选择至关重要，因此细微的变化带来了天线回波损耗的剧烈改变。天线的输入阻抗在0．6GHz～1．2GHz频段内变化还是比较平缓的，同时曲线表明在中心频点915MHz附近阻抗非常接近50Ω，显示匹配良好。图8和图9是天线的辐射方向图曲线，图8表明共面带状线间距虽然对天线回波损耗影响敏感，但对天线的辐射方向图的影响还是细微的。天线在整个工作频段内辐射方向图保持较好，具有良好的一致性。同时曲线也说明了天线在E平面表现出全向辐射的特性。最后，通过软件进一步的优化可以实现天线在中心频点的回波损耗低于－50dB以上，工作带宽可在830MHz～1030MHz的范围，且在E平面实现全向辐射。如果是对天线增益有特殊要求的场合，则可通过加发射板的方法提高该项指标。
4结论
本文基于无线电能数据采集系统的需求，设计了一款工作在915MHz的微带天线。利用一种微带线到共面带状线的巴伦结构，实现了信号非平衡到平衡的转换，从而达到了宽带馈电的目的。仿真表明，天线在中心频点的回波损耗可达－50dB，表明匹配良好，且天线在E平面可实现全向辐射，且通信带宽完全能满足实际情况的需求。该天线结构简单、易于与系统其他电路实现集成。
作者：陈琼 杨杰 王善进 冯军 单位：东莞理工学院
