非交叉馈电的印刷对数周期天线的频域特性

可以说明天线的辐射是向着短振子一端辐射。图4-图5给出了三个主要振子所组成的天线阵的和对数周期天线在相应的典型频点处的辐射方向图的仿真结果，说明对数周期天线在工作频带内的固定频点处的辐射特性可以用谐振于这个频点附近的三个主要对称振子所组成的阵列等效计算。这样就解释了本文所设计的非交叉馈电的印刷型对数周期天线的辐射机理。

（a）3.4GHz （b）6.3GHz （c）9.5GHz

图4 等效阵列辐射方向图

（a）3.4GHz （b）6.3GHz （c）9.5GHz

图5 对数周期天线辐射方向图

4 实验结果

根据仿真所得到的天线参数制作了一个天线样机（图6），并在微波暗室内用Agilent E8363B型矢量网络分析仪进行了测试，测试内容包括反射系数、方向图和增益，测试结果列于图7-图9及表2中。测试结果表明，天线在3.1-10.6GHz的频率范围内的反射系数低于-10dB，与仿真所得到的3.23-9.84GHz略有差异；增益测试结果比仿真结果要小1dB；方向图的测试结果在主瓣范围内与仿真结果相差不大，而副瓣相差较大。总体来说，天线满足UWB通信的技术指标。造成实验结果和仿真结果差异较大的原因是：（1）印刷基片采用的是普通的FR-4型板，这种材料的损耗是较大的，其损耗正切约为10-2量级，远大于常用的Rogers系列的材料（10-4量级），所导致的能量损耗会使得天线的反射系数和增益下降；（2）天线焊接的影响以及天线方向图测试夹具的影响会影响天线方向图副瓣电平的测试结果，并且FR-4材料的不稳定性也会影响天线方向图的测试结果。

（a）天线样机图 （b）馈电结构图

图6 天线样机及平衡馈电结构图

图7 天线反射系数测试结果

（a）4GHz （b）6GHz （c）9GHz

图8 天线方向图仿真结果

（a）4GHz （b）6GHz （c）9GHz

图9 天线方向图测试结果

表2 天线增益

在天线样机的制作中，需要注意的是SMA同轴接头馈电的平衡-不平衡转换问题，文中对于SMA接头的焊接如图6（b）所示，同轴接头与集合线的焊点是一个渐变的图形，这样就可以使给印刷对数周期天线馈电的结构为同轴线-渐变准微带线-集合线（平衡微带线），从而使馈电达到平衡。

5 结论

提出了一种非交叉馈电的印刷对数周期天线，通过软件仿真分析了天线金属的表面电流，解释了天线具有超宽频带的原因；并且根据表面电流的仿真结果，提出了与该印刷型对数周期天线具有等效辐射特性的独立馈电的对称振子天线阵列模型，解释了天线的辐射特性。实验结果表明，该天线可以工作于3.1-10.6GHz的频率范围内，工作频带内的增益典型值为6dB，可以应用于UWB领域，另外，该天线所采用的非交叉馈电以及从长振子一侧馈电的方法可以不引入同轴线，因此可以广泛适用于毫米波以及集成电路系统中的天线设计领域。