一种紧凑型双极化电磁偶极子天线设计

随着现代通信技术的快速发展，无线通信系统变得越来越复杂，这对于系统中的天线部件提出了更高的要求。小型化、宽频带天线成为了通信天线的主流设计方向；另外，使用双极化天线能够通过极化分集和频率复用来有效增加通信容量和减少多径衰落，这也使得双极化天线在通信领域备受关注。

近些年来，电磁偶极子天线因其具有稳定的单向辐射能力，在通信系统中被广泛关注。在国内外已经发表的论文中，具有不同特性的电磁偶极子天线陆续被提出[1-5]，例如低剖面特性、双极化特性以及圆极化特性。但是上述文献中所设计天线均不能同时满足阻抗带宽覆盖 1.7～2.7 GHz的通信频段和实现双极化要求。例如在文献[5]中，通过使用加载超材料方法实现了电磁偶极子天线的小型化，该天线实现了1.7～2.67 GHz的阻抗带宽，但是未能实现双极化功能，并且由于加载超材料方式导致天线结构相对复杂。此外，印刷偶极子天线和宽带单极子天线因质量小、低损耗以及剖面低等特性在通信系统中也得到了广泛使用[6-8]。例如文献[8]提出了一种紧凑型双极化印刷偶极子天线。该天线实现了 52%的相对带宽，同时获得了稳定增益。但是该天线结构复杂，难于组装制造，并且天线尺寸较大。

叶总正和钱总聊着这件事，便让王祥也加入聊天。据叶总了解到，老道上个礼拜就离开了古玩市场，和他的手下一起到外地销货去了。走之前，还和叶总吹牛说这次弄到了一批价值连城的上等货，少说也能卖出几百万的价钱。

基于以上研究，本文提出了一种±45°紧凑型双极化电磁偶极子天线。该天线阻抗带宽覆盖了1.7～2.7 GHz的常用通信频段，并且用较为简单的结构实现了天线的小型化、宽频带以及双极化要求。与初始设计天线模型相比，该天线具有更宽的阻抗带宽以及更小的尺寸。此外，该天线具有稳定的增益以及良好的单向辐射能力，可以被应用在无线通信系统中。

1.2.2乙组 患者在上肢或锁骨手术麻醉过程中，利用超声技术联合神经刺激仪技术进行麻醉，患者体位和神经刺激仪的使用方法同甲组。在不干扰医护人员穿刺过程的基础上，把超声设备放置在与患者相近位置，排出延长管中的气体，衔接延长管与穿刺针，推注局麻药物，在应用穿刺针对患者肌间沟臂丛神经穿刺过程中，要维持穿刺针在超声影像中清晰显现。

1 天线结构和设计原理

本文设计的电磁偶极子天线主要分为天线辐射部分和天线馈电部分，天线结构如图1所示。整个天线辐射部分材料是铝。接地板尺寸是130 mm×130 mm×1 mm。其中天线辐射部分由垂直短路面、平面偶极子天线以及底板三部分构成。天线辐射部分初始设计如图2(a)中模型A所示。通过改变天线辐射表面的形状，延长了表面辐射电流路径，从而实现了天线的小型化。最终设计模型如图 2(b)中模型 B所示。经计算，模型B与模型A相比，面积减小了14%。

图1 天线3D结构模型图 Fig.1 3-D view of proposed antenna

图2 天线辐射表面电流分布图 Fig.2 Simulated current distribution on antenna radiating patch

如图3展示最终天线辐射部分的三视图。平面偶极子天线的形状是不规则的五边形，厚度是 1 mm。为了减少组装和测试误差，整个天线辐射部分采用一体化设计。呈对称分布的垂直短路面顶部连接平面偶极子天线，底部通过一个厚度为1 mm的底板相连。通过底板上中间的孔可将辐射部分与地板固定在一起，天线馈电部分末端穿过其余两个孔与同轴线连接头相连给天线馈电。

图3 天线辐射部分三视图 Fig.3 Top and side views of the radiating element

为了展宽天线的工作带宽，实现更好的阻抗匹配，在垂直传输线以及耦合线末端都引入了线性渐变结构，其等效电路模型如图4(b)所示。Γ型馈线底部连接着同轴线转接头（SMA），与相邻的垂直短路面构成了特性阻抗为Z0的传输线。馈线顶部给天线水平辐射面馈电，可以等效为末端负载阻抗ZL。线性渐变传输线可以看成长度为ΔL的 N个增量节组成，从上一节到下一节的阻抗变化为ΔZ/N。当节数N无限多时，各节之间的特征阻抗的阶跃变化ΔZ/N随之减小。如式(1)[9]所示，当ΔZ足够小时，每一节的阶梯增量反射系数ΔΓ也非常小，因此天线可以实现较宽频带内的阻抗匹配，从而展宽天线工作带宽。

减小天线水平辐射面的尺寸，会影响天线的阻抗带宽。本文设计出了一种采用两条相互正交的线性渐变Γ型馈线对天线进行耦合馈电，如图4(a)所示。每一个Γ型馈线由两部分构成：垂直传输线部分和耦合线部分。垂直传输线是一条线性渐变线，耦合线部分是一条倒L形状的馈电带。Γ型馈线距离垂直短路面的距离G=1.8 mm。为了减小不同极化之间的耦合影响，提高天线的隔离度，两条天线馈线被设计成了不同高度。

图4 天线Γ型馈线模型图 Fig.4 Geometry and equivalent-circuit of the orthogonal Γ-shaped feeding strips

[2]肖永才, 李卓群. 新型低剖面辐射单元及小型双极化天线 [J]. 微波学报, 2014, 30(3): 37-40.

为了更好地分析天线的辐射特性，本文利用HFSS13.0软件研究了影响天线性能的两个关键参数。

Γ型馈线与垂直短路面之间的距离G对天线回波损耗S11的影响如图5所示。G的大小主要控制天线垂直短路面与馈电传输线之间的电磁耦合程度，可以发现，当G逐渐增大，天线的谐振频率逐渐向高频段偏移。这是因为随着Γ型馈线的传输线部分远离垂直短路面，两者之间的电磁耦合程度下降。Γ型馈线的传输线将能量更多地传输到了Γ型馈线的耦合线部分，从而天线水平辐射面耦合能量得到增强。辐射能量更多地集中于靠近垂直短路面的部分，因此天线的谐振频率逐渐向高频段偏移。综上所述，当G=1.8 mm时，天线在无线通信频段内达到了最佳谐振效果。

三是，内容编排顺序存在差异．具体而言，苏教版编排的4个例题是“分数除以整数”“整数除以几分之一”“整数除以几分之几”及“分数除以分数”，其具体展开方式如下．

图5 Γ型馈线与垂直短路面之间的距离G对S11参数的影响 Fig.5 Influence of distance G between Γ-shaped feeding strip and vertically oriented shorted patch on the antenna return loss

Γ型馈线水平耦合线的长度L4对于天线的阻抗带宽影响如图6所示。可以发现，L4是影响天线高频段阻抗匹配的重要参数之一。当L4逐渐增大时，天线在高频部分的谐振点逐渐往低频方向移动，天线谐振带宽逐渐减小。这是因为随着水平耦合线的长度L4的增加，天线在高频段阻抗逐渐失配。综合考虑天线的谐振频段，取L4=15.8 mm时，天线的辐射性能最好。

图6 Γ型馈线水平耦合线的长度L4对S11参数的影响 Fig.6 The influence of the length L4 of the Γ-shaped feeding strips horizontal coupling line on the antenna return loss S11

2 测试结果及分析

基于上述天线原理分析和参数分析，制作出了电磁偶极子天线的实物，如图7所示。天线辐射部分与馈电体通过塑料夹具固定在一起，夹具由ABS 3D打印材料制作。利用矢量网络分析仪对天线的S参数进行测量，并且在微波暗室测量了天线的增益和远场辐射方向图。

图7 天线实物图 Fig.7 Photograph of fabricated antenna

天线在端口 1馈电时，1.7，2.2以及 2.7 GHz处的实测方向图如图10所示。可以看出，所设计天线在1.7～2.7 GHz频段内具有良好的单向辐射特性，天线在E面和H面的3 dB波瓣宽度和前后比值如表1所示。并且由天线的辐射方向图可以看出，天线的主方向交叉极化比在整个频段内均大于17 dB。

设计了一种使用 Γ型馈线耦合馈电的±45°紧凑型双极化电磁偶极子天线。通过改变天线辐射面的形状减小了天线的尺寸。利用线性渐变的Γ型馈线实现了更好的阻抗匹配，展宽了天线的带宽。天线结构紧凑、简单、尺寸小，工作频段覆盖了常用2G、3G、LTE通信频段，并且在该通信频段内具有良好的单向辐射能力。因此，所设计天线能够适用于移动通信系统，也可以作为基站天线的一个阵列单元来使用。

图8 天线S参数仿真和测试结果图 Fig.8 Simulated and measured S-parameters of proposed antenna

天线的测试增益如图9所示。可以看出，天线分别在端口1馈电和端口2馈电时，测试的增益数据在所需要的频段内比较稳定，平均增益均高于 8 dBi。端口1与端口2的增益不一致，这是由于两个不同端口的馈电体高度不相同所导致的。

图9 天线增益测试结果图 Fig.9 Measured gains of proposed antenna

所设计天线的仿真以及实测S参数如图8所示。天线在1.63～2.78 GHz内，实测S11参数和S22参数均低于–15 dB。并且天线两个端口的隔离度 S21在1.7～2.7 GHz频段内均低于–25 dB。可以看出，天线的实测S参数与仿真S参数存在着不同，主要是由于天线实物的馈电部分与同轴线接头焊接时，所导致的阻抗匹配程度减弱。并且，天线实物加工以及测量也会产生一定误差。

表1 天线的半功率波瓣宽度和前后比值 Tab.1 Measured 3 dB beamwidth and front-to-back ratio

?

图10 天线在端口1馈电时的辐射方向图 Fig.10 Measured radiation patterns for port1 at 1.7, 2.2 and 2.7 GHz

3 结论

李太嶂带头表态：“义父所言极是。义父多保重，小心歹人加害。”心里对老太监的推论却不敢苟同：不是冲我们来的？那四弟的惨死又作何论？

参考文献：

第二，地方政府官员应做到清正廉洁。有人认为，许多官员打着“执政为民”的旗号，却干着“执政为己”的事情，这种观点其实不无道理。官员贪污受贿之事常见报端，大大降低了百姓对官员的信任度和官员自身的公信力。因此，地方政府官员要做到为官清廉，不贪不占，耐得住清贫，守得住寂寞。要真正做到为官一任，造福一方。

[4]LI M J, LUK K M. A wideband circularly polarized antenna for microwave and millimeter-wave applications[J]. IEEE Trans Antenna Propagation, 2014, 62(4):1872-1879.

天线各部分结构具体尺寸如下：L1=26.4 mm，L2=12.6 mm，L3=4.4 mm，L4=15.8 mm，W1=5.4 mm，W2=4.8 mm，W3=1.4 mm，W4=5 mm，W5=4.8 mm，W6=1.8 mm，H1=37 mm，H2=34.5 mm，H3=3 mm，H4=17 mm，H5=32.5 mm，H6=18.9 mm，G=1.8 mm。

[3]CHEN S B, LUK K M. High performance dual-band dual-polarized magneto-electric dipole base station antenna[C]//2014 Asia-Pacific Microwave Conference. NY, USA:IEEE, 2014: 321-323.

[1]WONG H, LAI H W. Substrate integrated magneto-electric dipole antenna for 5G Wi-Fi [J]. IEEE Trans Antenna Propagation, 2015, 63(2): 870-874.

系统调峰压力大增。建议实施煤电机组灵活性改造20 GW、新增调峰气电3 GW、新增抽水蓄能电站4.8 GW。

[5]LI M J, LUK K M, GE L, et al. Miniaturization of magneto-electric dipole antenna by using metamaterial loading [J]. IEEE Trans Antenna Propagation, 2016, 64(11):4914-4918.

[6]ZHU Q J, YANG S W, HUANG M, et al. A dual-layered printed dipole antenna with parasitic strips [J]. Microwave Opt Technol Lett, 2012, 54(6): 1517-1520.

[7]郑燚, 胡少文, 吴毅强. 一种新型的超宽带平面单极子天线研究 [J]. 电子元件与材料, 2014, 33(6): 38-41.

[8]GUO Y S, YANG S W, LI J X, et al. A compact dual-polarized printed dipole antenna with high isolation for wideband base station application [J]. IEEE Trans Antenna Propagation, 2014, 62(8): 4392-4395.

其实Sarah这么拼也不是没有渊源的，Sarah的母亲当年在怀着她的时候也努力成为了自己律所的合伙人之一。“想要同时成为一名母亲和一名有雄心的专业人士是绝对可能的，”Sarah母亲给予她的信念支撑着她走过这一年。而这一年里，Sarah也学着在工作取舍中变得冷酷些：只挑那些真的有意义的，能有利于事业发展的事情先做，而不是什么事情都随手接过来。就如上一年采访时候Sarah对我说的：“我会尝试着让自己变得更加专注，”要想家庭和事业两者都能兼顾，总要作出牺牲和取舍。

[9]廖承恩. 微波技术基础 [M]. 西安: 西安电子科技大学出版社, 2013: 55-56.