一種CPW-fed的雙陷波超寬帶天線的設(shè)計(jì)

摘要：設(shè)計(jì)了一種小型雙阻帶超寬帶天線。天線采用共面波導(dǎo)(CPW)饋電的地板結(jié)構(gòu)，地板由兩個(gè)半橢圓構(gòu)成，從而實(shí)現(xiàn)了超寬帶天線及小型化。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650 MHz和590 GHz。天線實(shí)物測量結(jié)果表明，天線駐波比2的帶寬為2．97～12．75 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。天線的測量結(jié)果和仿真結(jié)果有較好的一致性。
關(guān)鍵詞：超寬帶；共面波導(dǎo)饋電；雙陷波特性；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。考慮到與以往天線的設(shè)計(jì)要求，UWB天線不僅要求天線具有體積小、良好的輻射效率、全向覆蓋特性，同時(shí)應(yīng)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(3．7～4．2 GHz)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當(dāng)今研究的重點(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、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)，本文設(shè)計(jì)了一種雙U縫隙的UWB天線，帶寬2．97～12．75 GHz(VSWR2)，在滿足天線性能的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了雙阻帶功能565 MHz(3．35～4．00 GHz)和590 GHz(5．23～5．82 GHz)。在天線設(shè)計(jì)中，地板采用了CPW饋電結(jié)構(gòu)，通過調(diào)節(jié)饋線寬度W3可以達(dá)到高頻匹配，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)天線的小型化；輻射板采用了圓形輻射板CDM，通過調(diào)節(jié)它的半徑可以實(shí)現(xiàn)低頻段的阻抗匹配；輻射板上雙U縫隙的作用是產(chǎn)生雙阻帶，避免與其他通訊系統(tǒng)產(chǎn)生相互干擾。
在經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行了大量的仿真實(shí)驗(yàn)，獲得天線的具體結(jié)果參數(shù)。通過實(shí)物測量，顯示天線性能基本得到滿足，是一種具有實(shí)用意義的UWB天線。

1 天線結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
天線的具體尺寸結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。圓形輻射板、微帶饋線和地板印制在FR4介質(zhì)板的同一面，F(xiàn)R4介質(zhì)板厚度h=1．0 mm，相對(duì)介電常數(shù)εr=4．4，尺寸為20．0 mm×27．0 mm×1．0 mm。饋線寬度設(shè)計(jì)為W3=5 mm與50 Ω端口進(jìn)行匹配。其中，天線尺寸為：W=20 mm，L=27 mm，R=10 mm，W1=8 mm，W2=3．5 mm，W3=5．0 mm，L1=10mm，L1=10．2 mm，L2=7．8 mm，s1=0．8 mm，s2=1 mm，s3=0．6 mm。