具有3．4／5．5GHz雙阻帶特性的單極子超寬帶天線

摘要：設計了一款微帶饋電的具有3．4／5．5 GHz雙阻帶特性的圓盤單極子天線。由于采用具有缺陷結構的地板，天線具有良好的阻抗特性。在2．38～15 GHz的頻帶內電壓駐波比VSWR≤2，可以同時覆蓋WLAN(2．4 GHz)和UWB(3．1～10．6 GHz)。同時引入雙矩形諧振槽，實現在WiMAX(3．4 GHz)和WLAN(5．2／5．8 GHz)的雙阻帶。仿真結果和實驗結果匹配良好，具有一定的實用價值。
關鍵詞：超寬帶；雙阻帶；單極子

超寬帶通信系統由于具有數據傳輸率高、損耗低的特點，受到越來越多的關注。自2002年，美國聯邦通信委員會(US—FCC)批準，將3．1～10．6 GHz頻段作為超寬帶通信技術應用以來，國內外學者對此進行了大量研究。作為超寬帶通信系統的一個重要的前端組成部分，超寬帶天線的設計是一個基礎性的引人關注的課題。在各類天線中，印刷單極子天線以其體積小、易于共型集成的特點表現出良好的寬帶特性。因此，印刷單極天線在超寬帶通信系統(3．1～10．6 GHz)中具有廣闊的應用前景。但是，有許多其他窄帶系統也工作在這一頻段，比如無線局域網(wLAN)IEEE802．11a和HIPERLAN／2LAN工作在5．2／5．8 GHz頻段，除此之外，在許多國家，工作在3．3～3．7 GHz的WiMAX系統也在超寬帶系統的頻段。因此，為了避免這些系統的相互干擾，需要在這些頻段產生陷波來排除干擾，以增強系統的兼容性。在特定的頻帶內產生阻帶以克服干擾的頻率陷波天線已經被大量研究，比如：在天線上采用對稱倒L型槽，圓環形槽，H型槽以及縫隙型的SRR結構來產生陷波。盡管如此，大部分天線僅僅克服了WLAN系統的干擾。在文獻中第一次提到了雙阻帶超寬帶天線，它可以克服3．4～3．48 GHz和5．4～5．98 GHz的頻段。然而，由于阻帶帶寬較窄，沒有完全克服WLAN和WiMAX頻段的干擾。
為了解決上述問題，提出并設計了一款緊湊的印刷單極天線，它可以同時克服WLAN和WiMAX頻段的干擾。通過調節輻射貼片上雙矩形槽的尺寸，可以方便地獲得雙阻帶特性。同時，天線具有良好的阻抗匹配特性，可以同時覆蓋2．4～2．5 GHz和超寬帶頻段。由于采用了微帶線饋電，天線易于集成和小型化。利用Ansoft-HFSS對天線進行仿真，并詳細分析了天線尺寸參數對天線性能的影響。

1 天線設計與結構
天線結構如圖1(a)所示，尺寸為37 mm×42 mm×1．5mm。

圓盤的半徑為R=10 mm。為了引入雙阻帶，在圓盤輻射單元上蝕刻了雙同心矩形槽，矩形槽的寬度T都是0．5 mm，如圖1(b)所示。矩形槽的長度在很大程度上決定了阻帶的中心頻率。外槽的尺寸為L1，L2和W1，內槽的尺寸為LL1，LL2和W2。在內矩形槽的兩臂上有兩個對稱枝節，其長度為Wg。同時，為了擴展阻帶帶寬，內矩形槽延伸到了外矩形槽兩臂的間隙之間。
微帶饋線寬度為2．6 mm，特性阻抗50 Ω。微帶線與其他器件采用SMA連接器進行連結。采用缺陷地板結構(DGS)可以很好地實現阻抗匹配以覆蓋2．4 GHz和UWB頻段，輻射貼片單元與地板的間隙為0．3 mm。