角饋背腔縫隙雙極化天線特性分析.pdf

1、為了在2.4GHz頻段WLAN中實(shí)現(xiàn)具有方向性輻射的MIMO技術(shù)，采用背腔環(huán)形縫隙結(jié)構(gòu)輻射元，通過(guò)倒置正交微帶線激勵(lì)，設(shè)計(jì)具有一定方向性的正交雙極化天線結(jié)構(gòu)。為提高端口間的隔離度和輻射場(chǎng)的極化純度，在饋線正對(duì)的另一側(cè)共面加載尺寸完全一致的接地或不接地導(dǎo)體帶條。在此基礎(chǔ)上，采用角饋的方法以期進(jìn)一步改善天線的性能，并對(duì)各種可能天線形態(tài)進(jìn)行對(duì)比分析。具體內(nèi)容如下。
　　(1)對(duì)于邊饋情形（即饋線位置垂直平分矩形導(dǎo)體腔表面的直角邊），可以

2、發(fā)現(xiàn)，沒(méi)有加載導(dǎo)體條時(shí)，較佳隔離度對(duì)應(yīng)的頻帶要高于阻抗工作頻帶，且相隔距離較大。加載導(dǎo)體條但導(dǎo)體條沒(méi)有接地時(shí)，可使較佳隔離度頻帶下移并靠近阻抗工作頻帶，但其仍略高于工作頻帶。對(duì)加載導(dǎo)體條進(jìn)行接時(shí)，則可使較佳隔離度頻帶低于工作頻帶或使兩者頻帶完全一致，達(dá)到工作頻帶內(nèi)的最佳端口隔離特性。
　　加載導(dǎo)體條提高隔離特性的原因是，加載導(dǎo)體條后天線結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性得到改善?；蛘哒f(shuō)，加載導(dǎo)體條后使某一頻段內(nèi)對(duì)應(yīng)方向的極化電場(chǎng)更為集中，從而提高了其極

3、化純度。而導(dǎo)體條接地后可使隔離頻帶與工作頻帶更趨于一致，其原因是導(dǎo)體條接地等效于引入一個(gè)電感，即接地導(dǎo)體條可等效于一個(gè)串聯(lián)LC諧振電路，對(duì)另一個(gè)端口而言相當(dāng)于引入一個(gè)帶阻濾波器，電感L增大使濾波的諧振頻率下移。也可以說(shuō)，兩端口間的隔離相當(dāng)一個(gè)周長(zhǎng)為一個(gè)波長(zhǎng)環(huán)形耦合器（實(shí)際環(huán)形耦合器周長(zhǎng)為3/2波長(zhǎng)）端口間的隔離，加載線只是增加了帶阻濾波功能，或者說(shuō)引入了反相相消功能。
　　此種情形中對(duì)天線性能影響最大的結(jié)構(gòu)參數(shù)是饋電微帶線或加載導(dǎo)

4、體條越過(guò)縫隙的延伸部分，因其直接影響了阻抗匹配特性。同時(shí)，由于邊饋時(shí)饋線和導(dǎo)體條帶長(zhǎng)度很小，天線性能對(duì)其非常敏感，因此對(duì)天線的加工精度要求很高，成品率很低。為此提出角饋結(jié)構(gòu)天線。
　　(2)角饋結(jié)構(gòu)是指微帶饋線處于導(dǎo)體腔矩形表面的對(duì)角線位置，與其正對(duì)的加載導(dǎo)體條也處于另側(cè)的對(duì)角線上。因?yàn)榇藭r(shí)頂角到縫隙的距離最大，故對(duì)應(yīng)的饋線長(zhǎng)度也最大，從而可有效地減少饋電端口對(duì)天線性能的敏感影響。但此時(shí)如對(duì)加載導(dǎo)體條進(jìn)行接地處理，會(huì)出現(xiàn)較佳隔離頻

5、帶遠(yuǎn)低于阻抗工作頻帶（就趨勢(shì)而言是與邊饋情形一致的），因此角饋時(shí)不應(yīng)對(duì)加載導(dǎo)體帶進(jìn)行接地處理，其原因是角饋較長(zhǎng)加載線本身具有較大電感值。加載不接地的角饋導(dǎo)體帶時(shí)，可實(shí)現(xiàn)較佳隔離頻帶與阻抗工作頻帶的正對(duì)，達(dá)到端口的良好隔離。同時(shí)還由于饋線的加長(zhǎng)，降低了天線性能對(duì)端口饋線的敏感響應(yīng)。這種情形，同樣是饋線或加載線延伸出縫隙部分的長(zhǎng)度對(duì)天線的阻抗工作頻帶影響最大，但天線加工的容差得到改善。
　　設(shè)計(jì)了三類天線以對(duì)上述分析結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證，它們

6、的腔體都是矩形結(jié)構(gòu)，但輻射縫隙分別是圓環(huán)形、邊與腔平行的矩形環(huán)、以及錯(cuò)角45度的矩形環(huán)。結(jié)果表明，采用圓環(huán)形和錯(cuò)角45度的矩形環(huán)縫隙時(shí)，天線性能最佳，其原因是此時(shí)腔頂角到環(huán)縫的最近距離最大。
　　實(shí)際上，角饋提高端口隔離度，也可以說(shuō)是因?yàn)榻丘佋黾恿硕丝陂g間距的結(jié)果，這在方形微帶雙極化天線上也得到驗(yàn)證。
　　(3)總結(jié)上面分析可知，加載線主要作用在于調(diào)整較佳隔離度的頻帶位置，盡管它同時(shí)也影響阻抗帶寬位置，但影響不如對(duì)隔離頻帶來(lái)

7、得顯著，因此可以實(shí)現(xiàn)兩者頻帶的正對(duì)。或者說(shuō)，其作用相當(dāng)于在環(huán)形結(jié)構(gòu)的兩個(gè)端口間引入一工作頻率可調(diào)的帶阻抗濾波器。也可以說(shuō)，加載導(dǎo)體帶吸收了縫隙輻射后剩余的電磁能量，從而使其耦合到另一個(gè)端口能量降低到最小，達(dá)到端口隔離的目的。從這個(gè)角度看，如果加載線終端端接一負(fù)載電阻，當(dāng)可進(jìn)一步增加端口間的隔離，但這可能同時(shí)影響天線的輻射效率。
　　(4)由于采用了背腔結(jié)構(gòu)，天線具有一定方向性，但方向性不是很強(qiáng)。這對(duì)于室壁掛基站的應(yīng)用是足夠的。由于