一種小型雙陷波超寬帶天線的設(shè)計(jì)

摘要 設(shè)計(jì)了一種小型雙阻帶的超寬帶天線。采用由兩個(gè)半橢圓和一個(gè)長(zhǎng)條矩形復(fù)合的一種新型地板結(jié)構(gòu)，從而實(shí)現(xiàn)了超寬帶天線小型化。通過開雙U型縫隙實(shí)現(xiàn)了雙阻帶特性，阻帶帶寬分別是540 MHz和610 MHz。天線實(shí)物測(cè)量結(jié)果表明，天線駐波比2的帶寬為2．7～12 GHz，在整個(gè)頻段內(nèi)天線增益較高，同時(shí)方向圖全向特性良好。天線的測(cè)量結(jié)果和仿真結(jié)果有較好的一致性。
關(guān)鍵詞 超寬帶；復(fù)合地板；雙陷波特性；天線小型化

隨著室內(nèi)高速無線數(shù)據(jù)接入技術(shù)的發(fā)展，要求未來的無線通信系統(tǒng)具有更大的數(shù)據(jù)吞吐量。特別是IEEE802．15．3a標(biāo)準(zhǔn)提出分配3．1～10．6 GHz頻段給超寬帶使用后，超寬帶通信系統(tǒng)越來越受到重視。考慮到UWB天線不僅要求天線體積小、良好的輻射效率、全向覆蓋特性，同時(shí)還要避免和其他通信系統(tǒng)相互干擾，主要重疊的通訊頻段有WLAN(5．2～5．8 GHz)、WIMAX(3．3～3．6 GHz)，和C波段(3．7～4．2GHz)雷達(dá)通信系統(tǒng)，因此能否實(shí)現(xiàn)小型化UWB天線及雙阻帶性能已成為研究重點(diǎn)。
微帶天線以其剖面薄、體積小、重量輕、可與載體表面相共形、易集成、成本低、容易制作等優(yōu)點(diǎn)備受關(guān)注，常見的小型UWB天線主要包括印刷型單極子和寬縫隙天線。從上述背景出發(fā)，文中設(shè)計(jì)了一種雙U縫隙的UWB天線，帶寬2．9～12．4 GHz(VSWR2)，在滿足天線性能的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了雙阻帶功能540 MHz(3．28～3．82 GHz)和610 MHz(5．17～5．78 GHz)。在天線的設(shè)計(jì)中，地板采用復(fù)合結(jié)構(gòu)，兩個(gè)半橢圓通過一個(gè)矩形長(zhǎng)條連接，通過調(diào)節(jié)矩形寬度W1可達(dá)到高頻匹配，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)天線的小型化，這種小地板在一定程度上降低了雷達(dá)散射截面；輻射板采用圓形輻射板CDM，通過調(diào)節(jié)其半徑可以實(shí)現(xiàn)低頻段的阻抗匹配；輻射板上的雙U縫隙的作用是產(chǎn)生雙阻帶，避免與其他通訊系統(tǒng)的相互干擾。
在經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行了大量仿真實(shí)驗(yàn)，獲得天線的具體結(jié)果參數(shù)。最后通過實(shí)物測(cè)量，顯示天線性能基本得到滿足，因此UWB天線具有實(shí)用價(jià)值。

1 天線結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
天線的具體尺寸結(jié)構(gòu)如圖1所示。基于圓形輻射板的超寬帶天線理論已被廣泛引用。本文設(shè)計(jì)的超寬帶天線輻射板采用圓形輻射板，在天線設(shè)計(jì)中采用了新型的復(fù)合地板，它由兩個(gè)半橢圓通過一個(gè)矩形長(zhǎng)條連接而成，通過調(diào)節(jié)復(fù)合地板的寬度W1、橢圓主半徑和長(zhǎng)短軸比，可以實(shí)現(xiàn)高頻段的阻抗匹配。天線的雙陷波特性是通過在饋線和輻射板上設(shè)計(jì)雙U型縫隙來實(shí)現(xiàn)，其中一個(gè)U型縫隙開在了饋線和輻射板之間，在改善天線的駐波比特性的同時(shí)實(shí)現(xiàn)了陷波特性。

圓形輻射板(半徑r)和微帶饋線印制在FR4介質(zhì)板的同一面，F(xiàn)R4介質(zhì)板厚度h=0．8 mm，相對(duì)介電常數(shù)εr=4．4，尺寸為L(zhǎng)×W。饋線寬度設(shè)計(jì)為Wf=5 mm與50 Ω端口進(jìn)行匹配。介質(zhì)另一面印制了一個(gè)寬度W1=0．1 mm的矩形和兩個(gè)半橢圓，它的主半徑3．7mm，長(zhǎng)短軸比為2．5。圖1中，單位為mm，W=20，L=31，R=10，Wf=5，W1=0．1，W2=8，W3=3．4，L1=10，L2=7．8，s1=1，s2=0．8，s3=0．6、h=1。