新型锯齿结构微带天线在整流天线中的应用

1、新型锯齿结构微带天线在整流天线中的应用微带天线柞为收崑电碳披倩号天线中的一类，直到二十世纪七十年代初期由Howel)和Munson研制成功微常天贱具有体积小“重量轩、成本低、可以和集成电路升容等优点【切圆形微带天线作为毙带天线中的一种.具有自己独特的性质，它在作为收发天线时，自身就具有一定的裁波能力W而滤波器的作用就是使系统在工作频段能够得到最大的回波这样对圆形微带天线自身结构做一些改变就可能获得良好的滤波效果。文献44中设计带通滤波器时，采用一种英面带馥结构，该结构几乎占整个整流天线尺寸的一半以上，如果能够省掉"將大大缁减整流天线的休积文献45中设计低通滤波器采时，也采用一秤共面带

2、线结构，该滩波器虽然能購抑制二次”三次谐破的干扰.但毬结构复朵实际加工起来并不方便。文献4®直接选择将圈形稔芾作为抑制高袂谐液接收装詈+但是实蜀结果显示井没有取得很好的抑制高机谐披的效果。粽合考虑.本文设计了一种新型带V形铤齿结构的圆形繼帯天线，利用电磁仿真软件HFSS13.0软件仿真得知”该天线在基频处性能良好.同时具有良好的抑制二次和三次谐波的能力如果将该结构天线用在整源天堆当中，一方面，可以省萍陕用结构宜杂的滤披器.另一方面、整涼天线的尺寸也将大大缩小匕这不仅便得整流天线更加方便与集成电路兼容，而且酵低了加工成也最后通过整流天线系统实验测试，获得了很高的DC输出*52带锯齿结构

3、圆形微带天线设计与仿真传统圆形徳带天线不仅冋波攔样高，而且存在高次谐波的干扰匸如图二1所示，圆形徹带天线的貢径为39mm.采用IS带统馈电，馈线长3.7mnu宽1.6mm在基频2GBz处SH值为-19dB,二次谐波4G血处51】值为-lldB三次谐®6GHz处$1】S9dB；二次和三次谓波都接近JOdB:f5-15-：5二prmlninJIit-n|>|freqGHz(a)带锯齿结构微带夭线B5-1圓形诫帯天找及其回波损耗參RIS11为了抑制二次和三次谐波，提高基频处的匹配。文献43发现在距离微带馈线45。倍數处剪切掉一个V形锯齿能够改善圆形微带天线的增益，有效抑制高次谐波。正

4、姥基于这种处理方法，本文在距离微带馈线45。和135。处剪掉两个V形锯齿，如图5-2(a)所示。不仅缩小了天线体积，而且提高了天线在基频处的匹配程度，更好的抑制了二次和三次谐波的干扰。本设计所用介质基板相对介电常数为2.32,厚度为0.8mm,覆铜厚度为0.03mm,基板的损耗角正切值为0.001.正如图5-2(a)所示，在图51所示圆形微带天线的基础上，剪切掉两个V形锯齿，V形锯齿结构的顶点距离圆心1Omm,V形锯齿顶角B等于30。通过HFSS软件仿真得到，具有该V形锯齿结构的圆形微带天线在2GHz、4GHz和6GHz处，S11参数值分别为26.9dB、-0.2dB和3dB,如图5-2(b,

5、c,d)所示。带V形锯齿结构天线的回波损耗S11值相比于传统圆形微带天线，该天线在基频处获得了更好的匹配效果，二次和三次谐波得到了很好的抑制。(b)fl>2GHz处的回波损耗值mlmltn(c)fl>4GHz处的回波损耗值(d)fD-6GHz处的回波损耗值0B5-2带锯齿结构微带天线及其回波损耗数S1】5.3带锯齿结构圆形微带天线在整流天线中的应用整流天线的作用就是将微波能量转换为直流能量.整流天线主要分为两大部分：接收天线和整流电路。在整流天线中，整流效率的大小衡量着整流电路的好坏，其表达式为：Prm(5-1)1Pg(5-2)式中.为发射天线发射的功率.q为发射天线的增益.E为接

6、收天线的增益r为两天线之间的距离，人为工作基频等于2GHz时的波长.沧为矢量网络分析仪测量的DC电压，心为负数。整流电路中的整流二极管采用AgilentHSMS-286C肖特基二极管，该硅肖特基二极管为2支SOT323封装，其Spice参数为：二极管串联负裁为心，为6Q,最大反向电压Vb为7V，零结点电容Cp为O.18pF,导通电压Vs为0.65V.根据文献47中的公式仿真，可以得到二极管工作在最大效率时的输入阻抗为(13jl34)Q,通过在接收天线与整流电路之间加匹配枝节即可使整流天线系统在基频2GHz处获得良好匹配，如图53所示.整流天线系统在2GHz处的S11参数值为269dBS12值为

7、-O.SdB.从图53所示，整流天线基本上是近似画极化工作的，且方向性增益良好，满足整流天线工作最基本的要求。6510U20253035恤GRZ(b)E与H面辂射方向图整流天线S11和S12曲线图图53整流天线S11和S12曲线图及其轻射方向图5.4带锯齿结构圆形微带整流天线的测试与分析整流天线实物如图5M所示.负载值选取为200Q.选用33pF普通片状电容作为滤波电容，该电容经济实惠，降低了成本.()整流天线实物(b)输岀DC曲线图M整流天找实徇图及其输出DC电压曲拔实验时将输岀DC连接到示波器上，DC值的大小通过公式(52)可以间接反映整流天线效率的高低。实验中选取偶极子天线作为发射天线，信号频率为2GHz,发射功率为lOdBm.由于DC值大小对收发天线之间的距离非常敏感.实验中对距离为1cm至30cm进行