一種新型橢圓陷波特性的超寬帶天線的設(shè)計

摘 要：超寬帶無線通信技術(shù)以其信道衰落不敏感，低能耗，抗干擾性強，系統(tǒng)設(shè)計復(fù)雜度較低等優(yōu)點而備受重視。本文以橢圓片結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)設(shè)計了一種新型平面超寬帶天線，并主要對該天線的陷波特性進行了研究。該天線由微帶饋線，天線的制作是通過在介質(zhì)基板上下面分別印刷一個橢圓形和矩形相結(jié)合，中間以蝶形天線過渡的金屬片，下層矩形接地板來實現(xiàn)。仿真和實物實測結(jié)果都可以證實，該天線的工作頻帶為2.0～12GHz，具有超寬帶特性和很好的全向輻射特性。同時，也對天線進行了雙陷波特性設(shè)計，其性能更加優(yōu)化，可用于無載波超寬帶無線數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：UWB天線；橢圓片單極子；陷頻特性；加載枝節(jié)；開槽

隨著UWB技術(shù)的不斷發(fā)展與進步，超寬帶無線通信系統(tǒng)已經(jīng)展現(xiàn)了巨大的潛力。人們對其寬頻帶、高速率傳輸?shù)葍?yōu)點尤為關(guān)注。聯(lián)邦通信委員會（FCC）分配了3.1～10.6GHz的頻譜給超寬帶無線通信應(yīng)用[1]，考慮到超寬帶頻譜內(nèi)的無線通信頻段分布甚為密集，比如：在超寬帶帶頻段內(nèi)的全球無線微波接入系統(tǒng)（WiMAX），其頻帶范圍是3.3～3.7GHz，還有無線局域網(wǎng)（WLAN），其范圍是5.15-5.825GHz，需要避免頻段間干擾。本文通過設(shè)計具有雙帶阻特性的UWB天線通信系統(tǒng)來避免這種干擾。

一個優(yōu)良的超寬帶應(yīng)用天線[2]，除具有很寬的頻帶外還要有全向輻射圖和良好的色散特性。平面單極天線很適合超寬帶無線應(yīng)用。大部分天線研究是改變傳統(tǒng)的單極子天線得獎結(jié)構(gòu)來改善天線的帶寬。比如；漸變槽線天線，改進型平面螺旋天線，錐形蝶形領(lǐng)結(jié)天線，和C/E/U/F形天線[3]。本文提出了一種新型的UWB單極子天線，該天線輻射單元是將經(jīng)典的橢圓片和矩形片模型結(jié)合，蝶形結(jié)構(gòu)中間過渡改進形成。該天線具有超寬帶帶寬，輻射方向圖穩(wěn)定性較佳。實現(xiàn)陷波特性的諧振結(jié)構(gòu)分別是U型槽線和一對接地枝節(jié)，通過設(shè)計這兩個諧振結(jié)構(gòu)，使天線能夠?qū)崿F(xiàn)對全球無線微波接入系統(tǒng)（WiMAX）3.3～3.7GHz頻段和無線局域網(wǎng)（WLAN）的5.15-5.825GHz頻段的帶阻功能。

2 仿真和測試結(jié)果

下面為了討論天線加載的諧振結(jié)構(gòu)對天線阻帶特性的影響，本文分別對U型槽線和對稱接地枝節(jié)的長度對于電壓駐波比的影響進行了分析。

如圖3所示，當接地枝節(jié)的長度L3增大時，UWB天線的第二阻帶的中心頻率向左偏移。說明該接地枝節(jié)通過諧振實現(xiàn)了UWB天線對WLAN頻段的阻斷特性。

通過以上討論獲得了天線阻帶諧振結(jié)構(gòu)的優(yōu)化模型，以下對該優(yōu)化模型結(jié)果進行分析。

3 結(jié)論

文中成功設(shè)計了一種具有雙陷波特性的橢圓單極子超寬帶天線。天線的設(shè)計簡單，仿真和測試結(jié)構(gòu)表明，設(shè)計的天線覆蓋超寬帶系統(tǒng)的頻段，其工作頻段為2.2～12GHz，天線具有超寬帶特性和很好的全向輻射特性，同時該天線獲得了對WiMAX和WLAN頻段良好的帶阻作用。因此，該天線能夠適用于一定的超寬帶應(yīng)用。

參考文獻

[1]張秋凝.一種蝶形平面超寬帶（UWB）天線的設(shè)計【J】電子設(shè)計工程 2012（5）：12-15.

[2]蔣旭東，李萍，劉穎.一種基于DMS技術(shù)的UWB平面單極子天線設(shè)計[J].電子科技，2010（12）：5-8.

[3]1. Lin， Y. D. and S. N. Tsai， \"Analysis and design of broadband-coupled striplines-fed bow-tie antennas，\" IEEE Trans. Antennas Propagat.， Vol. 46， No. 3， 459-560， 1998.