0 引言

    单极子天线由于结构简洁和全向辐射特性而获得广泛应用，平面印制单极子天线可在电路板上直接蚀刻完成，同时不需要进行平衡到不平衡的转换，其制作方便并且可与电路集成，是常用的天线类型。印制单极子天线通过结构的改进能获得非常大的阻抗带宽，常见的方案是通过改变单极子的形状结构或者接地板的形状结构来实现宽频带的阻抗匹配^[1-5]。例如文献[1]中提出一种印刷三角形单极子天线；文献[3]设计了一种印刷椭圆形单极子天线，通过在微带线的屏蔽导体上开一个凹槽来调整天线的阻抗带宽；文献[4]分析了圆形单极子天线的特性；文献[5]通过在接地面上端引入渐变梯形结构调整馈入端接地面间隙,实现印制矩形单极子天线的超宽带特性。

    常见的印制单极子的形状包括圆形、椭圆形、三角形、半圆形、多边形等结构。对比分析这些不同形状的印制单极子天线，不难发现，它们具有相似的阻抗特性。它们的阻抗带宽对其形状变化并不敏感，这是因为印刷单极子天线的阻抗带宽性能及工作原理是一致的，其宽带特性可被视为理想单锥天线的非频变特性。此类超宽带单极子天线难以实现小型化设计，其辐射振子的最小尺寸受限于其最低设计频率，而且在高频端由于振子的电尺寸变大，其方向图出现副瓣，进而波束指向改变，失去全向辐射特性。

    利用容性加载能够有效地提高电小天线的辐射效率，通过加载改变振子上的电流分布，实现低频的匹配是实现天线小型化的有效方法。但是对于印制结构天线，为了实现较大的电容加载，往往使得振子结构变化较大而破坏了其全向辐射特性^[6-8]。

    超材料谐振器结构紧凑，利用贴片与接地板结构可以方便形成等效超材料模型，因此它在微带天线设计中具有很大的吸引力^[9-10]。然而，超材料谐振器天线存在着频带窄、增益小等缺点^[9-13]。为了克服这些缺点，天线设计中一般采用加载电磁带隙、短路枝节，甚至多层结构或者厚介质板等方法，通过激发多谐振多模式增加带宽。但是，这种设计不仅增加制造的复杂性，其引入的非对称结构也会导致天线辐射方向图倾斜或变形^[13-15]。

    本文采用新型零磁导率谐振器(MZR)对印刷天线进行加载，增加天线带宽，减小天线尺寸。谐振器尺寸很小，可直接刻蚀于单极子上，保持了天线的紧凑特性。

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作者信息:

李晓峰，彭  麟

(桂林电子科技大学 信息与通信学院，广西 桂林 541004)