前言

平板高增益天線是一種基于微帶貼片或陣列結構設計的高性能定向天線，憑借其高增益、低剖面、輕量化及易于集成的特性，廣泛應用于現代無線通信領域。在移動通信基站部署中，其窄波束、強方向性的特點可有效提升信號覆蓋范圍與抗干擾能力，適用于城市密集區域或偏遠地區的信號中繼。衛星通信場景中，平板天線通過高增益特性增強對低軌道衛星的穩定追蹤能力，支撐衛星互聯網、應急通信等業務。在物聯網領域，其緊湊結構適合嵌入智能設備，滿足工業物聯網、車聯網對低功耗、遠距離傳輸的需求。此外，在無人機圖傳、軍事偵察、雷達探測等場景中，平板高增益天線可兼顧空間限制與高性能通信需求，成為新一代無線系統的重要組件。本設計給出一款工作在中心頻率5.8GHz的并聯饋電平板陣列天線，實現定向輻射，增益達到18.6dBi，半功率波束寬度約19deg，并且在最大輻射方向上交叉極化極低。

關鍵詞：平板天線 定向輻射 高增益 低剖面

1. 單元設計

天線單元選擇經典的貼片天線，為有效調整阻抗，在貼片邊沿嵌入一個缺口，設置波端口，并且嵌入操作，時的貼片的邊沿阻抗和微帶線的特征阻抗數值相等，即將邊沿阻抗優化到100+j*0的情況。

圖1 單元結構

圖2 邊沿阻抗

圖3 波端口歸一化100的S11

圖4 單元增益7.3dBi

圖1給出了單元的模型，將饋電的波端口嵌入設置，優化后的端口阻抗如圖2，實部約108歐姆，虛部接近0，然后將端口歸一化阻抗到100，得到S11如圖3，可以看到此時匹配良好，得到圖4的增益大約7.3dBi，符合常規貼片天線的性能。

二.陣列設計

本次設計的陣列采用圖5的布局形式，將貼片單元旋轉180度，然后在垂直方向排列，為補償相位，在兩個單元之間加相位延遲線，然后組合成4*4陣列，仿真得到各部分增益圖如圖6所示。

圖5 單元排布方式

圖6 天線增益

圖6可以看到每個2*2部分增益圖較為一致，說明之間的耦合較弱，適合組成更大陣列。

圖7 4*4陣列

圖8 S11

圖9 主極化和交叉極化

圖10 3D增益

圖7是平板天線最終的結構，仿真的最終S11如圖8，約工作在5.8GHz，圖9是主極化和交叉極化增益，可以看到天線的最大輻射方向有著極低的交叉極化，并且E面和H面方向圖基本對稱。圖10給出3D方向圖，增益達到18.6dBi。

三．總結

本例設計了一款工作在5.8GHz的平板天線，具有高增益，低剖面的性質，適合用于現代無線通信領域。

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