超宽带检测系统中的小尺寸阵列天线设计

摘要：本文介绍了一款小尺寸超宽带平板天线的设计及其阵列排布。天线采用四分叉形状发射极子，底部接地板开矩形槽的结构，有效调节天线的辐射方向和带宽。经仿真测试，天线满足超宽带检测系统中要求的5GHz~7GHz带宽。并将尺寸缩减到16mm×16 mm，易于阵列集成。

引言

超宽带无线检测技术的飞速发展带来了无损检测的又一次进步。超宽带无线数据的传输速度更快，数据包含信息量更大，功耗更低，设备成本更低，保密性更强，穿透性更好，这些优点是常规无线检测技术不具有的。性能良好的超宽带天线是确保检测可靠性、高速性以及抗干扰性良好的关键，天线的设计成为超宽带无线检测技术的重中之重。

为了满足与射频电路等高速电路集成的条件，天线的小型化设计成为关键，小尺寸微带单极槽隙天线易于调节阻抗带宽，它能方便地同高速电路集成，满足设备高集成度，低功耗的要求。多数检测系统需要多天线集成为阵列以提高检测精度和降低检测次数，天线阵列一次检测即可获得多组检测数据，经微型计算机处理后可快速提交检测结果，但是天线阵列中各个天线会互相串扰，影响检测精度。调节单个天线的辐射性，使其辐射方向不互相重叠可大幅降低天线间的串扰。为此必须设计一款超宽带天线，在满足带宽条件的同时提高天线在正向和背向的辐射强度，相应降低天线的侧向辐射强度。

天线结构

天线基板的选择

天线基板材料和厚度的选择对超宽带平板天线的带宽影响较大，天线基板越厚，天线的宽带性能越好，但是厚度的增加使天线难以集成。本天线选用1mm厚，介电常数为4.4的FR-4材料作为介质基板，该材料造价低，性能稳定，是传统PCB板的材料。选用PCB板作为天线基板，天线可以直接印制在PCB板上，经过布线后可以方便高速地与芯片互联，使检测系统体积有效缩小。基板形状选择正方形，方便紧密排列成阵列形式，尺寸为16mm×16mm，详见图1的天线侧视图。　　

天线辐射单元及接地板设计

天线的辐射单元设计主要影响天线的辐射方向和带宽，本天线使用类似“T”字形极子有效地减弱天线的侧向辐射，既降低天线阵列之间的相互串扰，又确保天线在正向和背向增益高，穿透力强。