具有帶陷功能的超寬帶微帶天線設計

　　摘要：UWB天線可以在認知無線電射頻前端感知無線頻譜，但由于其寬帶特性，不可避免地會與傳統的窄帶無線通信產生相互干擾。為了排除干擾，本文設計了具有帶陷功能的UWB微帶天線。該天線回波損耗在3.1~10.6GHz范圍內滿足小于-10dB且駐波比小于2的要求。通過在輻射貼片上挖槽和在接地板上引入缺陷接地結構，最終天線實現了3~4GHz和5~6GHz之間的帶陷功能。

　　引言

　　UWB天線與傳統的窄帶天線相比有很多新的特點。信號源產生一定形狀的短脈沖并將其饋入超寬帶天線，天線要將脈沖信號無失真地輻射出去，因為頻域內任何一個頻點的失真都會使得接收到的信號脈沖產生不同程度的失真。所以，UWB天線的特征有別于一般的微帶天線。此外，FCC規定民用UWB的-10dB帶寬范圍為3.1~10.6GHz，在此頻段內天線的增益、波瓣方向圖、駐波比等參數應在允許的波動范圍內。

　　對于UWB天線的設計，雖然與普通的微帶天線的設計方法有所不通過，但是寬帶化和小型化的理論是通用的。文獻通過將貼片單元集成天線陣列，從而達到拓展帶寬的目的，但是很顯然，陣列結構會占據很大的空間，對于高要求的終端設備這種設計達不到要求。由于UWB天線的超寬帶特性，為了避免與傳統窄帶間的干擾，故而又產生了一些特殊的帶陷要求。

　　近年來，人們試圖從時域、頻域、空間編碼等各個方面尋求方法來以解決它們之間的干擾問題。具體來講，所采取的主要措施有脈沖波形設計、平滑PSD、窄帶干擾抑制算法等。但是這些方法，大都是通過設計脈沖波形或者接收機裝置來回避UWB與其它窄帶通信的干擾，這樣的方案最終實現起來是比較復雜的。另外一種常用并且比較簡單的方法是采用陷波設計，如文獻就采用這種方法設計了一種蝶形天線。但是這種方案會給系統造成額外的開銷，因此對于小系統來講也不是最理想的。最直接的方法就是在超寬帶天線上增添附加的結構直接實現帶陷功能。本文將應用這種方法設計認知無線電射頻前端的超寬帶天線。所以，本文設計的天線既實現了寬帶和帶陷的功能，而且還滿足了人們對新型天線的平面化，小型化，且易于加工的要求。下面我們以平面單極天線為基礎來設計所需的天線。

　　UWB天線的設計

　　平面單極天線的大小主要是由頻帶低端值決定的，對于規則平面輻射貼片單極天線而言，要求駐波比不大于2且可以通過簡單的圓柱體模型計算天線能夠達到的最低頻點。如圖1所示，將圓柱體沿母線切開，可得到一個相關矩形。