分齿蝶形超宽带天线

概述

　　超宽带天线作为信号的收发装置，直接影响系统的性能。目前常用的超宽带天线形式主要包括TEM喇叭天线、双锥天线、对数周期天线、螺旋天线、Vivaldi天线和蝶形天线等。其中平面结构的蝶形天线(也称领结形天线)，由立体的双锥形天线演化而来，具有结构简单、便于设计安装、利于低频辐射等优点，已应用在超宽带通信与探测领域。

　　为改善天线宽带性能，目前基于基本蝶形发展出了多种衍生结构。如双蝶形结构、电容加载的条带状结构等。其中荷兰Delft大学的A.A. Lestari与莫斯科航空学院Immoreev，I．Ya均提到了不同形式的分齿蝶形天线结构，但对于分齿带来的性能影响，未查阅到具体研究报道。本文以9齿蝶形为例，通过建模仿真，分析了辐射状分齿的蝶形天线，并研究了不同分齿位置下天线驻波比的变化。研究发现该种结构可以在保证一定频段内天线性能的同时，减轻天线重量。相对于基本蝶形天线，分齿结构会使天线输入VSWR在中间频段产生抖动，且抖动频段直接与分齿位置相关。

性能

　　对于本天线，影响其性能的参数主要包括蝶形张角大小、长宽大小、分齿位置等。可由文献知，蝶形天线张角为90°时相对其他角度，输入阻抗随频率变化更为平坦，具有更好的宽带特性，因此设计天线长宽尺寸相等(A=B)，张角为直角。通过仿真发现，天线在尺寸的等比例放大的情况下，输入端驻波比波形基本保持不变，曲线整体向低频段移动。因此可以在确定天线结构后针对所需频段进行尺寸的等比例调整。同时，针对1 GHz以下的频段范围，分齿位置的变化时，天线输入端驻波比波形变化明显，而其他参数变化的影响有限。据此，确定分齿比例p为关键仿真参数。以下通过分齿天线与普通蝶形天线的对比，及不同分齿比例下天线性能的变化进行分析。

分齿位置

　　针对分齿蝶形天线，在上述基本参数的基础上(即A=B=200 mm，D=10 mm，n=9，E=A／17)，改变分齿比例，研究分齿位置对天线性能的影响。经过多组仿真，选取具有代表性的三条曲线(p=2，3，8)，如图3所示。对比不同分齿比例的驻波比曲线，可以发现抖动出现的波段与分齿比例p直接相关。当p增大时(即分齿位置向馈电端靠近时)，抖动部分向低频段移动，并且抖动幅度逐渐变小。其相对原普通蝶形天线重量分别减少35．3％，41．8％和46．3％，重量减轻比率逐渐增加。

仿真

　　在相同尺寸下，分齿蝶形天线与普通蝶形天线的驻波比随频率变化趋势相同。在一定频段，分齿结构会使天线VSWR曲线产生部分频段的抖动。其次，仿真得出分齿比例p是影响天线性能的关键参数。随着分齿比例变小(分齿位置靠近馈电端)，分齿天线VSWR抖动幅度变小、抖动频段向低频范围移动，而在其他频段，分齿蝶形天线与普通碟型天线性能基本一致。因而该类分齿蝶形天线与普通蝶形天线相比，可在保证一定频段驻波比性能指标的同时，减轻天线重量。针对300～480 MHz的频段要求，设计试制了一款分齿蝶形天线。实测显示，天线在294．O～488．6 MHz的频率范围内，天线馈电端VSWR<2，波形平坦。其-10 dB带宽达194 MHz，相对带宽49.6％，带内VSWR波形平坦，符合超宽带天线的要求，并且相对同尺寸普通蝶形天线理论重量减轻比率达41．8％，满足了设计需要。