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文档简介

1、用于超宽带天线平衡馈电的低剖面巴仑设计 景小东 1 ,张明涛,张福顺,焦永昌(西安电子科技大学天线与微波技术国家重点实验室,陕西 西安 710071摘 要:提出了一种低剖面超宽带巴仑的设计方法,该巴仑为指数渐变线巴仑的一种改进形式。根据该 方法设计的两种巴仑,可分别用于双臂平面螺旋天线和双极化对数周期天线平衡馈电。测试结果表明,在 0.4GHz15GHz频带内,巴仑的驻波系数均小于 2,巴仑接天线的驻波系数最大不超过 3,且天线连同巴仑 的总高度均小于 6cm 。关键词:超宽带 低剖面 巴仑 天线Design of a Low Profile Balun used to feed the Ul

2、tra-wideband AntennaJing Xiao-dong, Zhang Ming-tao, Zhang Fu-shun, Jiao Yong-chang (National Key Laboratory of Antenna and Microwave Technology, Xidian University, Xian Shanxi, 710071Abstract: The design method of a low-profile ultra-wideband balun, a modification of the traditional exponential tape

3、red balun, is proposed in this paper. Based on this method, two kinds of balun are designed, which can be used to feed the two arm spiral antenna and dual-polarization log-period antenna. The experiment results indicate that the VSWR of the two baluns are less than 2 during the frequency band 0.4GHz

4、15GHz, and a VSWR no more than 3 can also be obtained during the whole band when connecting the two baluns to the antennas. Moreover, the whole heights of the two antennas when connecting with baluns are less than 6 cm.Key words: Ultra-wideband Low-profile Balun Antenna1 引 言在微波电路及天线设计中,常需要采用巴仑结构完成不平

5、衡馈电至平衡馈电的转换。常用的巴 仑类型有,同轴线巴仑、 Marchand 巴仑、宽边耦合巴仑、共面微带线巴仑等。一些超宽带天线,如 平面螺旋天线及双极化对数周期天线的设计中, 由于天线的输入端为平衡结构, 若采用同轴线馈电, 则需要使用超宽带巴仑实现不平衡至平衡的转换,同时巴仑需具有阻抗变换能力,以实现对天线的 匹配。1景小东,男,四川人, 1981年生,硕士研究生。指数渐变线巴仑由于其良好的电特性(带宽大于 9:1 ,同时结构简单、制造成本低等优点,获 得了广泛的应用 1。然而,由于其固有特性,该巴仑具有很大的纵向尺寸,特别是带宽很宽时 1;在 用于超宽带天线平衡馈电时,巴仑将占据很大空间

6、,这在某些应用场合,很难让人接受。本文提出一种低剖面超宽带巴仑的设计方法,它是对传统的指数渐变线巴仑的一种改进。所设 计的两种巴仑,可用于双臂平面螺旋天线和双极化对数周期天线平衡馈电。整个天线连同巴仑结构 具有较小的高度,满足低剖面应用的要求。2 巴仑设计2.1 指数渐变线巴仑图 1给出了指数渐变线巴仑结构示意图,它将输入端的 50不平衡信号,通过指数渐变线阻抗变换器变换为输出端与天线输入阻抗一致的平衡信号。渐变线的特性阻抗沿其轴向按指数规律变化 2:0( z z z z e =式中, 是指数线在 =0处的特性阻抗, 0z z 为阻抗变化参量。图 1中 为指数渐变线巴仑的长度, 根据工作带宽要

7、求, l 需满足 l max /2l 1,其中 max 为最低工作频率对应的波长。与双曲渐变线、 抛物渐变线、 贝塞尔渐变线及切比雪夫渐变线相比较 , 当 1/0.5=。显然,无论巴仑怎样放置,都将占据很大的空间,尺寸上无法满足要求。为 了减小巴仑尺寸,将巴仑在某处弯曲,弯曲处用圆弧过渡,这样很容易将巴仑限制在天线面内,且 其纵向尺寸也会有很大的减小。按照此方法,设计了两种巴仑,如图 2所示: a b图 2 变形的指数渐变线巴仑结构Figure 2 Structure of deformed tapered exponential balun将图 2(a所示巴仑用于双臂平面螺旋天线馈电时, 巴

8、仑将输入端的 50不平衡信号转换为输出端 与天线相匹配 (约 140 的平衡信号;巴仑垂直于天线面放置,在天线中心处,通过过孔与天线臂焊 接在一起。 图 2(b中双巴仑用于双极化对数周期天线馈电时, 巴仑平行于天线面放置, 在其平衡端口 通过 4根交错同轴线与天线的四条臂相连。图 3给出了巴仑与天线安装示意图。按照此安装方式,整 个天线结构的高度均小于 6cm ,与采用传统的指数渐变线巴仑相比,天线尺寸有了很大的减小,满 足低剖面应用的要求。 a 巴仑接双臂平面螺旋天线 b 巴仑接双极化对数周期天线a The two-arm planar spiral antenna with balun b

9、 Dual polarization log-period antenna with baluns图 3 巴仑与天线安装示意图Figure3 Installation diagram of balun and antenna3 测试结果为了检验所设计巴仑的电特性,用 HP8753D 矢量网络分析仪分别测试了两巴仑对接的驻波系数 及巴仑接天线的驻波系数,测试结果分别如图 4、 5所示。从图 4、 5所示测试曲线可以看出,在 0.4GHz15GHz频带内,两巴仑对接的驻波系数均小于 2; 两种巴仑分别接双臂平面螺旋天线及双极化对数周期天线时, 在 0.4GHz15GHz频带内, 最大驻波系 数小于

10、 3。 a 巴仑对接驻波比曲线 b 巴仑接螺旋天线驻波比曲线a VSWR of two baluns linking together b VSWR of spiral antenna with balun图 4 巴仑对接及巴仑接双臂平面螺旋天线驻波系数Figure 4 VSWR of two baluns linking together and two-arm planar spiral antenna with baluna 巴仑对接驻波比曲线 b 巴仑接双极化对数周期天线驻波比曲线 a VSWR of two baluns linking together b VSWR of dual

11、 polarization log-period antenna with baluns图 5 巴仑对接及巴仑接双极化对数周期天线驻波系数Figure5 VSWR of two baluns linking together and dual polarization log-period antenna with baluns4 结 论针对传统的指数渐变线巴仑存在尺寸较大的缺点,提出了变形指数渐变线巴仑的设计方法,根 据此方法设计了两种巴仑,分别用于双臂平面螺旋天线和双极化对数周期天线的平衡馈电。测试结 果表明,在整个工作频带内,巴仑对接时的驻波系数均小于 2,巴仑接天线的驻波系数均小于 3。同 时,整个天线结构的高度均小于 6cm ,满足低剖面应用的要求。参考文献:1 Hofer D , Tripp V. K. A low-profile broadband balun feed J . Antennas and Propagation Society International Symposium, AP2S. Digest , 1993 , 1 (

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