0 引言

    單極子天線由于結(jié)構(gòu)簡潔和全向輻射特性而獲得廣泛應用，平面印制單極子天線可在電路板上直接蝕刻完成，同時不需要進行平衡到不平衡的轉(zhuǎn)換，其制作方便并且可與電路集成，是常用的天線類型。印制單極子天線通過結(jié)構(gòu)的改進能獲得非常大的阻抗帶寬，常見的方案是通過改變單極子的形狀結(jié)構(gòu)或者接地板的形狀結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)寬頻帶的阻抗匹配^[1-5]。例如文獻[1]中提出一種印刷三角形單極子天線；文獻[3]設計了一種印刷橢圓形單極子天線，通過在微帶線的屏蔽導體上開一個凹槽來調(diào)整天線的阻抗帶寬；文獻[4]分析了圓形單極子天線的特性；文獻[5]通過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,實現(xiàn)印制矩形單極子天線的超寬帶特性。

    常見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)。對比分析這些不同形狀的印制單極子天線，不難發(fā)現(xiàn)，它們具有相似的阻抗特性。它們的阻抗帶寬對其形狀變化并不敏感，這是因為印刷單極子天線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的非頻變特性。此類超寬帶單極子天線難以實現(xiàn)小型化設計，其輻射振子的最小尺寸受限于其最低設計頻率，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的輻射效率，通過加載改變振子上的電流分布，實現(xiàn)低頻的匹配是實現(xiàn)天線小型化的有效方法。但是對于印制結(jié)構(gòu)天線，為了實現(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，因此它在微帶天線設計中具有很大的吸引力^[9-10]。然而，超材料諧振器天線存在著頻帶窄、增益小等缺點^[9-13]。為了克服這些缺點，天線設計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，通過激發(fā)多諧振多模式增加帶寬。但是，這種設計不僅增加制造的復雜性，其引入的非對稱結(jié)構(gòu)也會導致天線輻射方向圖傾斜或變形^[13-15]。

    本文采用新型零磁導率諧振器(MZR)對印刷天線進行加載，增加天線帶寬，減小天線尺寸。諧振器尺寸很小，可直接刻蝕于單極子上，保持了天線的緊湊特性。

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作者信息:

李曉峰，彭  麟

(桂林電子科技大學 信息與通信學院，廣西 桂林 541004)