一种L型探针馈电的微带共形天线设计
【摘要】微带贴片天线以其剖面小、体积小、结构简单等优点在近年来得到了极大的发展，尤其是运用在机载共形天线上。

本文结合L型探针的馈电方式，并综合使用了加载短路探针的方法实现了天线剖面r=198mm，h=25mm的共形化设计，极大降低了天线尺寸、减小了剖面面积，使天线更好的与载体共形并节约载体空间。

【关键词】微带共形天线；L型探针馈电；短路探针加载
0 引言
共形天线作为机载天线的一种重要形式，必须具有体积小、剖面低、可探测性低、抗损伤性高等特点，因此能够用作共形天线的天线形式主要有各种微带和缝隙天线（也有其它形式但比较少）。

而缝隙天线主要是在平板、圆筒或圆柱等结构上直接开槽的一种天线形式，优点是结构简单，但同时也存在着频带窄，在大功率时容易击穿等缺点。

相比较起来则是微带天线作为共形天线更为常见。

微带天线是一种由薄介质基片，其上用金属沉积矩形、圆形或其他几何形状的辐射元，而背面贴以金属接地板的天线。

本文提出的L型探针的馈电方式，使这种微带天线具有结构紧凑、剖面低、辐射效率高、易与载体共形等优点。

1 设计原理
1.1 L型馈电探针的原理
该结构相当于空气介质基板的微带贴片天线。

天线辐射机理为[1]：L型探针的垂直部分产生感抗，水平部分和贴片之间产生容抗，两者相消产生谐振，使天线呈现宽频带或者多频带。

通过与同轴电缆相连，L型探针上将存在交变电场，电场方向为探针水平臂所指方向，交变电场将引起变化的磁场，磁场方向与电场方向垂直。

当磁力线垂直穿过贴片时，又将产生变化的电场。

这种变化的电磁场经过金属底板的反射后辐射出去。

1.2 微带天线小型化的技术
1.2.1 辐射贴片开槽
研究发现，对辐射贴片进行开槽，贴片表面电流的路径将发生弯曲，导致有效路径变长。

因此，在贴片几何尺寸保持不变的情况下，采用开槽贴片可以增大天线有效长度，降低天线的谐振频率，从而实现天线小型化。

不过，辐射贴片表面开槽也有相应的缺点。

天线表面开槽后会有垂直于主激
发面电流的额外电流分布。

导致天线的辐射效率变差。

而且由于表面开槽使天线的辐射面积减小，从而导致天线的增益下降[2]
1.2.2 加载短路探针
文献[3]介绍了改变短路探针的数量和短路探针之间相互的位置关系可以调整短路微带天线的谐振频率。

也就是说，在微带天线的辐射贴片和接地板之间可以加载几个短路探针，通过调整短路探针之间的位置关系，可以得到谐振频率的最小值，以此实现微带天线的小型化。

另外，除了短路探针的数量以外，短路探针直径的大小，短路探针的长度和短路探针的相对磁导率及相对介电常数也会刘天线的性能产生重要的影响。

文献[4]介绍了一种新型的加载短路探针的圆形微带天线，通过加载单一的短路探针，微带天线的整体尺寸极大的减小，谐振频率是未加载结构的近1/3。

对于固定的工作频率，天线的尺寸缩小了89%。

2 微带共形天线的设计与仿真
2.1 天线结构
结合L型馈电探针设计的微带贴片天线相当于用空气作介质基板，这种结构无法实现，因为辐射贴片的固定和天线整体的稳固无法保障。

因此，结合微带天线小型化的技术手段，本文针对该天线的不足，做出三点尝试：第一，加载短路探针来固定辐射贴片同时有助于降低天线的高度；第二，对辐射贴片开槽来减小贴片尺寸；第三，用聚苯乙烯泡沫塑料板代替空气介质基板。

聚苯乙烯泡沫塑料板的结构中90%以上均为空气，其相对介电常数s=1.06，与空气非常相近。

这样有利于对馈电探针的固定，使飞行器在高速运动时，探针不会产生形变从而影响天线性能。

天线辐射贴片采用r=198mm的圆形铜片，并在贴片上开4个九十度的圆弧形槽。

在以底板中心为圆心、r=166mm的圆上均匀加载六根短路探针。

如图1所示。

式中，h是基板的厚度。

2.2 仿真结果
利用Ansoft HFSS软件对天线结构的主要参数进行仿真，并经过数次优化后，该微带共形天线的主要尺寸如表l所示，仿真的主要结果如图2～图4所示。

（a）350MHz
（b）370MHz
由图2天线的驻波系数仿真结果看来，该微带共形天线在346M～376M Hz 的频带内VSWR<2，在355MHz～368MHz的频带内VSWR<1.4，在350MHz和370MHz两个频点仿真得出的天线最大增益分别为3.9dB和4.3dB，基本实现了实际需要。

由表1所列的天线尺寸优化结果来看，成功的降低了天线高度，缩小了天线剖面面积，基本能够满足该微带天线与载体共形的设计要求。

3 结束语
综上所述，本文设计的微带共形天线基本满足频带的使用要求，并且具有高度低、剖面积小、重量轻、结构简单等特点。

该天线以极低的高度使其在与运动载体尤其是高速运动的载体的共形上具有巨大的优势，而且机载共形天线的巨大发展空间使该类天线具有较好的研究和应用前景。

【参考文献】
[1]杨华.L型探针馈电宽频带微带贴片天线的设计[J].青岛远洋船员学院学报，2008（4）.
[2]张莲.小型化微带天线的宽频带和多频段研究[D].华东师范大学，2005：23-24.
[3]Mohamed Sanad，Effect of the Shorting Posts-on Short circuit Microstrip Antennas[C]//Antennas and Propagation Society International Symposium.1994，AP-s，Digest，V olume2：794-797.
[4]R.Waterhouse.Sma11 Microstrip patch antenna[J]. Electron. Lett.（31），April 3，1995：604-605.。