加载寄生贴片的U型槽矩形微带天线创新设计

       首先声明，本人并非天线设计专业研究生，对该专业所知知识不甚了了，斗胆写一篇专栏以记录本次实验报告的过程。

       该天线采用的基板为Rogers RO4003，其相对介电常数约为3.55，损耗正切值约为0.0027。其外形如下图所示：

   图1 U型槽矩形微带贴片天线
 

       其中，通过调整a、b、c、PL、PW的长度，即可控制该天线的谐振频率，PL控制了天线的高频谐振点，b、c引入了额外的电长度，对应着天线的低频谐振点[1]。不过论文[1]虽然给出了天线谐振点和贴片长度与开槽长度的理论近似计算公式，但是实际计算仿真验证后差距还是比较大的，不过本人认为至少理论应该是对的。当然，在实际仿真过程中，这五个参数以及GND大小均对天线的性能造成影响，具体可自行仿真分析。

       馈电方式采用SMA探针馈电，馈电位置在正中心，馈电位置的改变同样会引起天线参数性能的变化。加载寄生贴片以展宽频带后其外形如下图所示：

   图2 加载寄生贴片后的U型槽矩形微带贴片天线
 

       寄生贴片和U型槽贴片之间的介质层仍为Rogers 4003，此处寄生贴片为正方形，其边长也会影响天线性能。下图给出了阵列天线图：

   图3a 阵列天线图（显示寄生贴片）
 

   图3b 阵列天线图（隐藏寄生贴片）
   

       该阵列天线为垂直1*4天线阵列，其天线单元即为图2所示，其排列方式为+-+-（图3b）。该阵列天线采用1分4的T型功分器馈电，可见不同天线单元对应的枝节长度不同，这是为了引入180°相位偏移（此处半波长计算要引入基板的影响）。阵列单元之间的距离可自行设定（也许应该略大于中心频率半波长或者更大？），不过此处由于半波长相位偏移和阻抗变换器的存在，导致图3b中功分馈电网络性能不是很好，还可以再优化一下。

       下图为3D增益图，展示一下实验结果。

   图4 3D增益图
 

       以天线单元为例，需要控制GND厚度、Patch厚度（一般为35um或17.5um或者简化为面），基片厚度可在网上冲浪寻找到Rogers板材参数，根据参数提供的厚度来设置，馈电探针的直径可在他处查询（因为我也不知道自己设置的对不对）。

       有关该天线单元的尺寸，可先通过计算得到近似尺寸，例如文献[1]中的公式，然后对天线尺寸进行优化设计，建议采用HFSS优化中的Optimization功能，这样就可以挂着摸鱼了。

       以上是本非专业人士的分享，仅提供一种思路，不保证正确。

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