一种Ku波段宽频带微带天线的仿真设计

减少漏波，增大能量耦合效率。馈电网络采用50欧姆的微带开路线，通过调节开路枝节ls的长度来改善输入端口的阻抗特性，来实现辐射贴片的宽频带匹配。为了减小H型槽耦合馈电带来的背向辐射，在天线的底部加入一反射板（Reflector），以提高天线的增益和改善天线方向图的前后比。

3  仿真及分析

本文利用基于有限元方法的数值仿真软件进行辅助设计，设计了一个工作在Ku波段的线极化微带天线。由于该结构天线的参数较多，在仿真设计时我们根据理论分析了解每个参数对天线性能的可能影响，然后再分别对每个参数进行仿真优化，因此这个过程是个不断修正不断往复的过程，直至最终获得满意的结果。经过仿真优化后天线的尺寸如表1所示。

仿真得到的天线反射系数（S11）图如图2所示，由图可知，该天线S11<-10db的阻抗带宽为11.66GHz~17.45GHz，达到了39.8%的相对带宽。优于同轴探针馈电和仅使用H型槽耦合馈电的微带天线。仿真结果表明，采取H型槽耦合馈电，并在辐射贴片上开缝结构的微带天线具有宽频谐振特性。

表1  天线结构尺寸（单位：mm）

图2  S11曲线

图3分别给出了天线在15GHz的E面和H面方向图，以及各自的交叉极化方向图。由图可知，天线E面和H面的半功率波束宽度（HPBW）分别是65°和58°。交叉极化电平分别小于-38db和-28db, 可见该天线的交叉极化特性良好。E面和H面的天线方向图前后比分别优于19db和26db，可见由于反射板的存在，抑制了天线的背向辐射，而且提高了天线的辐射效率。这些结果表明了该结构微带天线具有良好的电性能和辐射特性，具有一定的实际应用意义。

图3  天线E面、H面及其交叉极化方向图

4  结论

本文提出了一种在辐射贴片上开缝并使用H型槽耦合馈电的微带天线结构，并利用高频数值仿真软件对天线结构参数进行了仿真优化，设计出了一种工作于Ku波段的天线。与传统的H型槽耦合馈电微带天线相比，在辐射贴片和开有H型耦合孔径的接地板之间加入了低介电常数的泡沫塑料，并且在辐射贴片的宽边上开有两个窄缝隙，从而扩展了天线的阻抗带宽。仿真结果显示该天线获得了39.8%的相对阻抗带宽，交叉极化电平小于-28db，天线方向图前后比优于19db。表明该结构天线具有良好的宽频谐振特性和辐射特性。该天线可以应用于Ku波段的卫星通讯中。