一種小型具有雙阻帶特性的超寬帶天線設計

隨著無線通信技術的普及，超寬帶(Ultra-Wide Band，UWB)技術成為無線通信領域中極具競爭力和發展前景的焦點。2002年，美國聯邦通行委員會(FCC)批準將3．1～10．6 GHz之間7．5 GHz的頻段分配給超寬帶無限通信業務使用。共面波導相對于常規微帶傳輸線來說，具有低色散，易加工，易于與微波電路集成無源或有源的表面貼裝元件實現并聯或者串聯鏈接、不需要過孔、相互間串擾小等優點，并且共面波導的特性阻抗是由中間導帶寬度和縫隙之比決定，可以自由設計其尺寸。但是，考慮到在UWB頻段內存在有其他窄帶無線通信系統，例如Wi-Max(3．3～3．6 GHz)，衛星C波段(3．7～4．2 GHz)和W1AN(5．15～5．825 GHz)系統。為了抑制不同系統之間的相互干擾，具有陷波特性的超寬帶天線被廣泛研究。然而，這些文獻中的天線多是只能獲得單阻帶特性。
本文提出了一種具有雙阻帶特性的超寬帶天線。設計的無阻帶特性的UWB天線VSWR2的阻抗帶寬為2．58～12 GHz,，通過在輻射單元上開E型槽和在地板開一對細槽，通過調節槽的尺寸、寬度和位置實現覆蓋3．75 GHz處和5．5 GHz處的雙阻帶特性。實測與仿真結果吻合較好。

1 天線的設計
圖1給出了文中所提出的具有陷波特性的共面波導饋電的超寬帶天線幾何模型。天線的總尺寸為34 mm×25 mm×1．5 mm，較為緊湊。共面波導傳輸線具有50 Ω特性阻抗，與地板間隔0．3 mm，傳輸線寬度2 mm。共面波導傳輸線長度19．5 mm。靠近下緣的矩形貼片為地板，半周期正弦形狀的輻射單元距離地板為gap=0．5 mm。天線制作在相對介電常數εr=4．4、厚度為1．5 mm的低耗FR-4基板上。為了實現中心頻率在3．75 GHz和5．5 GHz處的陷波特性，在輻射單元上開E型槽和在地板上的一對細槽，實現了雙阻帶特性。

3．75 GHz處的陷波特性由輻射單元上E型槽來實現。槽總長度約為槽線3．75 GHz工作時波長的1／2。通過在地板上加載一對對稱細槽，實現了5．5 GHz處的陷波特性。細槽距地板邊緣為W1，長度L1約為期望阻帶諧振頻率對應工作波長的1／4。
使用商用軟件Ansofi HFSS v11對天線的模型進行仿真分析與優化，通過調節各槽的長度、寬度與位置，最終實現了具有良好特性的雙阻帶超寬帶天線。表1給出了符合天線設計的主要變量參數組合。圖2是根據以上設計結果制作的天線模型實物圖。