1 导言
在一些需求查找和定位地上和近当地针的无线传感网络体系中，比方用于边境勘探辨认的探地雷达体系 (Ground Penetrating Radar System)、车载防磕碰体系(Vehicle Anti-Collision System)等，要求天线在与地上成必定视点的范围内辐射较强。而天线顶部不在勘探服务区，这些区域的辐射形成动力的糟蹋，外来信号也对体系形成搅扰，需求按捺。在这些体系中的天线应该具有顶部按捺和水平面全向辐射的特性。一起，从安全和隐身的视点动身，还要求这些天线的结构规划为共形化、平面化。
惯例的平面微带天线一方面难以完成超宽带，另一方面它的最大辐射方向在天线的顶端，即笔直与辐射单元外表，一般为规范的8字形辐射方向图，显着不适合应用于这些范畴。双锥天线或单锥天线被广泛应用与探地雷达等相关范畴，可是这种类型天线的辐射特性，要求它有必要露出于地上才干确保有效地勘探和辨认周边物体。阐明它的隐身功用较差。
本文提出一种可作业于2.8—4.5GHz超宽带平面背腔天线。依据背腔中多形式混合能够展宽天线带宽的原理，天线由50欧姆同轴线外导体与矩形背腔相连进行馈电。十字穿插的微带贴片能够起到按捺顶部辐射和增强水平方向辐射的效果。运用三维全波有限元仿真软件Ansoft HFSS对该天线进行建模和仿真。依据其强壮的参数优化功用，对同轴线内导体在腔内的长度、十字穿插贴片的长度、十字穿插贴片的宽度以及腔体的巨细进行全体优化。结果标明：所规划天线作业于2.8—4.5GHz，天线的-10dB（VSWR2）阻抗带宽为48%，极点增益小于-25dB，最大增益出现在与水平面成45—55度之间的当地，水平方向的增益则大于-0.5dB。而且具有杰出的水平面全向辐射特性。
2 天线结构
本文提出的天线结构如图1所示。天线底端选用50欧姆的同轴线对天线进行馈电，即同轴线表里导体的直径别离为3mm和10mm，同轴线表里导体之间填充了介电常数为2.2的RT/Duraid 5880介质。十字穿插结构的微带片与传统的矩形片比较：除了起到按捺顶部辐射的效果外，还因为十字片之间的电磁耦合，增强了水平方向的电磁辐射。为了参数优化的便利，咱们在模型中将十字穿插结构的微带片长和宽别离为设置为L1和L2，同轴线内导体间隔微带片的笔直间隔g。
依据腔体本征形式的理论，能够核算出3.5GHz范围内，该长方体背腔的长宽高可别离设置为70mm, 70mm和18mm。
图1 天线三维模型图
3 功用剖析
在全波三维有限元软件中树立如图1所示的三维天线模型。这儿咱们运用Ansoft HFSS对其进核算和功用剖析，凭借该软件强壮的参数优化功用，能够获得符合要求的几许参数。比方当只对单一参数进行优化时，能够坚持天线的其他参数不变，只研讨该参数的改变对天线功用（如回波损耗）的影响，然后就能够确认该单一参数的最优值。多参数的优化，除能够运用上面的方法外，还能够由Ansoft HFSS集成的各种优化算法对全体参量进行优化取值。
经过Ansoft HFSS优化处理得到天线的回波损耗随频率改变曲线如图2所示。从图中咱们能够看出，该天线在2.8—4.5GHz频段内的回波损耗都小于-10dB。
图2 天线回波损耗随频率的改变联系
为了研讨天线在整个频段上的辐射特性，咱们给出天线在2.8GHz，3.6GHz，和4.5GHz的xoz面和yoz面以及xoy面的方向图，如图3所示。
（a）2.8GHz 的xoz面（实线）和yoz面（虚线）的方向图
（b）3.6GHz 的xoz面（实线）和yoz面（虚线）的方向图
（c）4.5GHz 的xoz面（实线）和yoz面（虚线）的方向图
（d）2.8GHz的xoy面方向图
（e）3.6GHz的xoy面方向图
（f）4.5GHz的xoy面方向图
图3 天线在三个频点上xoz、yoz、xoy三个面上的方向图
从图3能够看出天线在高中低三个频点上的极点增益均小于-20dB。一起，在三个频点上的最大增益也均出现在与水平面成45—55度之间的当地。天线水平方向，即在xoy面，三个频点上的增益均大于-0.5dB。此外，从图3（d—f）能够看出，该天线在水平方向的增益动摇在1dB以内，标明具有杰出的水平面全向辐射特性。
4 定论
本文规划了一种新式的宽带平面背腔天线，由同轴线与腔体相连发生多种形式完成宽带的阻抗匹配，外表中心的十字穿插微带片经过电磁耦合用来按捺顶部辐射和增强水平方向的辐射。该天线结构简略、体积较小、一起具有全向辐射特性，能够广泛应用与如探地雷达和轿车防撞等无线传感网络中。
