一種新型具有帶阻特性的超寬帶天線

近年來，隨著無線通訊產品的普及，超寬帶技術的發展，人們對天線的帶寬提出了越來越高的要求。自2002年，聯邦通訊委員會(FCC)通過決議允許把3．1-10．6 GHz頻段應用于商業領域，具有高數據傳輸率、低成本、低功耗和抗干擾能力強的UWB通信系統得到了迅速發展。應用于UWB通信系統終端的天線必須具有如下特點：如線性的相位響應，全向的輻射方向圖，平穩的增益。因此，超寬帶天線的設計成為了UWB系統的主要挑戰之一。平面印制天線，如矩形，圓形，橢圓形，蝶形單極子，偶極子等，具有寬頻帶、低色散、低損耗、低剖面、重量輕、易于制作、價格低廉等優點，已廣泛應用于UWB通信系統。而采用CPW饋電的平面印制天線具有易于和有源、無源器件的串并連接，易于MMIC的集成化，有利于阻抗匹配和提高增益。然而這個頻段包括了無線局域網(WLAN)5．2 GHz和5．8 GHz的工作頻段，為了避免與無線局域網之間的干擾，就需要具有在5～6 GHz的頻帶內加入帶阻特性。因此，具有帶阻特性的UWB天線受到了廣泛的關注研究。
文中提出了一種結構簡單的，新型共面波導饋電的具有帶阻特性的平面單極子超寬帶天線。該天線是在輻射單元上開矩形寬縫隙，然后加入一個矩形微帶調諧支節，從而獲得良好的帶阻特性。通過仿真，研究了天線的工作特性，結果表明，該天線的工作頻帶為2．49～14．53 GHz，其中5～6 GHz頻帶內具有很好的帶阻特性。同時在整個工作頻帶內具有良好的全向輻射方向圖，因而具有一定的使用價值。

1 天線原理與結構設計
天線的結構，如圖1所示，天線制作在相對介電常數為

1．1 天線初始結構的計算
對于單極微帶天線，可利用圓柱體近似法計算出低點的諧振頻率，即VSWR最先2的頻率點。文中是通過正方形輻射貼片的等效轉換，最終推導出低點諧振頻率與半圓形輻射貼片半徑的關系式，即

可得

一般地L取為

參數F記為

由式(3)，式(4)可得

所以低點的頻率fL可以寫成

通過面積等效原理并假設W=L，則得到

其中fL的單位是GHz；L，R，r的單位是mm。利用UWB通信系統的低點諧振頻率fL=3．1 GHz，可以計算出單極子天線的初始半徑R=15．8 mm。該半徑用于HFSS建模仿真，隨后可以通過改變半徑來獲得較大的帶寬和較高的增益。