新型高增益反射阵列天线的设计

摘要 介绍了一种新型的高增益反射阵列天线。根据栅格阵列的特点，确立了天线的结构，通过开槽线阻抗变换器实现匹配，并利用电磁场仿真软件HFSS对该天线进行了理论分析。仿真值与实测值能较好地吻合，表明该天线具有良好的匹配和高增益特性。
关键词 高增益；栅格阵列；反射器

反射器被广泛地用于改变天线的波瓣图。采用一片足够大的平板反射器，可以消除天线的背向辐射，显著提高天线增益。文中通过选取栅格阵列天线的5个辐射单元，在其后方加一个有限大的平面反射器，然后调整天线与反射器之间的距离，使天线达到最佳效果。该天线具有结构简单、低剖面、易于共形等特点，同时具有高增益、低副瓣等辐射特。因而关于此类天线的辐射特性、馈电方式、数值计算等分析研究倍受瞩目，在现代无线通信系统中的应用越来越广泛。

1 栅格阵列
栅格阵列是由栅格单元组成的阵列天线。如图1所示，采用金属导体作为矩形栅格单元，每个矩形单元长为λ0／2，宽为λ0／4。该阵列平行置于接地板上，接地板到到栅格阵列的距离约为λ0／4。整个阵列的馈电很简单，用50 Ω同轴电缆的内导体穿过接地板上的孔接于栅格阵列，外导体则焊接在接地板上。图中箭头表示瞬时电流分布，栅格单元的所有短边上电流相位都保持一致，为主要辐射单元。25个主辐射单元可以实现增益18．1dBi。

2 天线设计
如图2所示，天线选取栅格阵列的5个辐射单元，为使天线性能达到最佳效果，选取天线到接地板的距离为λ0／4。经过矢量网络分析仪的实测，天线在频率点f=1 600 MHz的输入阻抗为325．6 Ω，为实现与50 Ω的匹配，采用开槽线阻抗变换。另外在设计中主馈线上还要加一段长为λ0／4的短路线，以起到平衡馈电的作用。