一种新型的L型探针

摘要　在传统L型探针耦合馈电天线的基础上，文章提出了一种新型的L型探针馈电双极化贴片天线，并通过建立款适用于GSM900频段的双极化贴片天线，比较传统L型探针和新型L型探针两者的馈电仿真结果。

关键词　L型探针　馈电　双极化　贴片天线　GSM900

1　引言

随着移动通信技术的不断发展，其对天线的要求也越来越高，宽频带、双极化、高隔离、低剖面、小尺寸等特性已成为移动通信阵列天线及智能天线的基本要求。近年来，L型探针耦合馈电天线已成为了研究热点。这种天线的主要优点是结构紧凑、剖面低、辐射效率高、带宽较宽，适合用作阵列单元。但是L型探针馈电天线在实现双极化阵列天线时由于其馈电的不对称性，通常会出现端口隔离度差、交叉极化鉴别率低等问题，在组阵时需要将不同单元交替旋转来改善这些指标，此时探针也随之旋转。由于传统探针是安装在反射板上的，需要在反射板上打孔来定位探针，探针旋转的同时，孔位也需要旋转从而交错地出现在反射板上，这样就增加了馈电网络以及移相器布局的复杂性。

本文介绍的新型L型探针馈电天线在传统L型探针馈电天线的基础上进行了改进，将传统的L型探针倒置过来安装在辐射片上，从而克服了上述问题，并且不需要改变天线与探针尺寸就能够得到同样的馈电结果。

2　两种L型探针结构比较

传统的L型探针是将探针的垂直部分固定在反射板上并穿过反射板，同轴电缆的内导体在反射板背面焊接在探针的垂直部分上，外导体焊接在反射板背面的焊台上，探针的水平部分介于辐射片与反射板之间，并与辐射片和反射板平行。传统L型探针馈电双极化贴片天线结构示于图1，其中贴片与探针的相对位置均在图中显示出来，并且展示了同轴电缆的焊接方式。

改进的L型探针，其馈电原理与传统的L型探针一致，通过改变探针的安装方式来克服传统L型探针的一些问题。我们将探针的垂直部分安装在辐射贴片上，水平部分同样与垂直部分相连接并平行于贴片和反射板，同轴电缆穿过反射板以及贴片上的圆孔伸到贴片的上方，内导体焊接在垂直部分上，而外导体焊接在贴片的焊台上。由于外导体焊接点在贴片上没有接地，所以我们在贴片与反射板之间增加一个接地金属柱使外导体焊接点接地。这种探针的安装方式避免了在反射板上打孔来定位探针，并且将所有馈电电缆都集中到反射板的中心区域，从而避免了上述振子单元旋转所带来的馈电网络布局的困扰。其具体结构示于图2，图中同样显示了贴片与探针的相对位置，并展示了同轴电缆的焊接方式。

3　仿真分析

为了验证上面所提出的L型探针馈电天线能够实现其馈电的功能，采用Ansoft公司的HFSS仿真软件建立一款适用于GSM900频段的双极化贴片天线模型进行仿真，比较两种探针的馈电结果。

所建立的贴片天线单元模型是双层贴片的形式，其中，贴片与反射板、贴片与贴片之间均采用空气填充，并用塑料柱支撑。为尽量保持两个极化方向图的对称性，各层贴片均采用正方形金属片。根据贴片天线设计的基础原理和经验，初步估算贴片的宽度须小于0.5λ，贴片与反射板、贴片与贴片之间的间隔应小于0.1λ。GSM900频段的中心频率为0.883GHz，则中心频率对应的波长为：

λ0=3×108／883×106=0.34m　(1)

探针的位置与尺寸对天线的电气性能和辐射性能的影响很大，而探针水平部分与垂直部分的长度、探针高度与贴片高度、探针位置与贴片大小等参数都是相互联系的，几个参数需同时调整才能使天线有更好的电气性能和辐射性能，最终天线的各个尺寸需根据仿真优化的结果进行调节并确定。新型L型探针馈电贴片天线与传统L型探针馈电贴片天线采用相同的尺寸，不进行任何改动，以便进行比较。

经过仿真分析计算，其结果显示，同样尺寸大小的贴片以及探针，两种L型探针，其馈电结果大体一致，而新型L型探针馈电的贴片天线单元还具有更好的驻波比和更高的增益。这说明，新型L型探针馈电不单单是可行的，并且能够得到很好的结果。图3～5给出了两种L型探针馈电的仿真结果比较：

4　结语

综上所述，本文介绍的新型L型探针，不但克服了振子单元交替旋转时L型探针的定位孔位所带来的一些问题，给馈电网络的设计和布局带来便利；并且在贴片和探针的尺寸大小同样的情况下，达到了同样的仿真结果，具有传统L型探针耦合馈电贴片天线的所有优点，为贴片天线提供了一种新的馈电方法。