一種小型化的負介電常數(shù)零階諧振天線
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為了進一步證實以上仿真、等效電路模型的有效性，我們加工了該天線的實物（如圖4所示），并對天線的性能進行了相關測試。首先，利用AV3618網絡分析儀對天線的反射系數(shù)（S11）進行了測試。圖5中的測試結果顯示，天線的零階諧振工作頻點在1.9228GHz，并且反射系數(shù)也在-10dB以下，顯示了天線在該頻點的良好匹配。然后，我們利用基于AgilentEB362CPNA網絡分析儀和SATIMO測試系統(tǒng)的微波暗室進行方向圖測試，其測試結果亦示于圖6。測試結果表明：在遠場Z-X面上，天線的方向圖基本上趨于全向性，基本與仿真結果相符。該具有全向輻射特性的小型化、低剖面天線極其有利于運用在一些短距離控制系統(tǒng)或者家庭安全系統(tǒng)中。值得一提的是，測試結果與仿真結果發(fā)生了0.73%的頻點飄移和0.31dB的增益降低，其原因主要是由于加工誤差和實驗測試環(huán)境所致。
（a）（b）
圖6天線仿真和測試的增益方向圖（分別對應各自中心工作頻點1.9090GHz和1.9228GHz）；（a）在Z-Y面，（b）在Z-X面
表1寄生貼片寬度天線性能的影響
寄生貼片寬度W4 (mm) | 零階諧振頻率(GHz) | 對應電 尺寸(λ0×λ0×λ0) | 峰值 增益 (dBi) |
2 | 1.9090(S) 1.9228(M) | 0.1028×0.1028×0.00509(S) 0.1036×0.1036×0.00513(M) | -7.32(S) -7.63(M) |
4 | 1.5324 | 0.0825×0.0825×0.00409 | -9.4358 |
6 | 1.2989 | 0.0699×0.0699×0.00346 | -10.90 |
12.06 | 0.9807 | 0.0528×0.0528×0.00262 | -11.58 |
最后，我們在寄生貼片的寬度（W4）對天線性能影響的方面進行了仿真研究和對比，其結果總結在表1中。當W4增加時，對應的虛擬地電容也相應增加，從而導致天線的零階諧振頻率降低，同時也導致天線的匹配逐漸惡化（該結果也示于圖5）。這樣的話，我們要實現(xiàn)天線其它頻點的工作，還需要調節(jié)天線的匹配。從總體上來看，整個天線對應的總體電尺寸也相應地減小，同時也導致天線的Q值增大，對應的峰值增益逐漸降低。可見，我們可以通過調節(jié)寄生貼片的寬度，來實現(xiàn)該天線在0.9807GHz-1.9090GHz整個頻段范圍的某個零階諧振工作頻點的工作。
3總結
本文介紹了一種通過加載寄生貼片，使得基于特異材料傳輸線天線小型化的方法。并通過較為數(shù)字仿真和實驗驗證，證實了該方法的有效性。最終設計出了電尺寸僅為0.0528λ0×0.0528λ0×0.00262λ0，增益為-11.58dBi的負介電常數(shù)零階諧振天線。該工作為以后工程上設計不同尺寸要求、性能指標要求的基于特異材料傳輸線的小型化天線提供了一定的參考。
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