一種3—12GHz雙陷波超寬帶天線的設計

邱詩浩++陳燕婷

摘 要自從美國聯邦通信委員會（FCC）批準了超寬帶（Ultra-Wideband，UWB）技術可用于民用，將3.1GHz-10.6GHz 作為超寬帶天線的工作頻譜范圍后，超寬帶通信系統的設計已成為通信系統設計領域的焦點。然而，由于超寬帶技術帶寬極大，容易受其他通信系統的影響。因此，一種在特定頻段且具有陷波功能的超寬帶天線亟待推出，本文設計并優化了一種雙陷波超寬帶天線，使其在3.4-3.6GHz和5.15-5.825GHz即WiMAX和WLAN所在的頻段同時具有較好的抗干擾特性。

【關鍵詞】超寬帶微帶天線駐波比 增益

1 引言

隨著通信技術的不斷發展，通信手段變得種類繁多，短距離通信成為了現代人生活中不可或缺的一部分。而隨著個人無線通信局域網的（WPAN）逐漸流行，WLAN、傳統藍牙、Home RF等已經不能滿足日益增長的通信要求，因此，一種新型的短距離通信技術呼之欲出，而超寬帶技術（Ultra-Wideband，UWB）作為一種高性能、高速率、低成本、低功耗的通信手段，得到了人們的廣泛認可和關注。

超寬帶天線的帶寬達到了3.1-10.6GHz，極大的帶寬固然使其具有其他天線沒有的種種優點，但也帶來了一些缺陷。其中，干擾問題首當其沖，這是因為在超寬帶天線的工作頻率范圍內，還存在著其他無線局域網例如WLAN（5.15-5.825GHz）、全球微波互聯網絡WiMAX（3.4-3.6GHz）和衛星通信系統等。為了抑制系統間的干擾又不提高成本，不少國內外學者都對如何實現超寬帶天線的陷波功能進行了深入研究，產生陷波的方式有很多：如在天線的輻射單元上挖各種形狀的窄縫隙，在天線結構上增加寄生枝節，或是改變地板形狀等，使天線在特定的頻段有較大的損耗，以達到陷波特性。微調縫隙或枝節的結構，就可以調節陷波的頻率范圍，最終達到設計要求。而本文設計并優化了一種雙陷波超寬帶天線，使其在3.4-3.6GHz和5.15-5.825GHz即WiMAX和WLAN所在的頻段同時具有較好的抗干擾特性。

2 天線基本結構

如圖1所示，天線印制在一塊厚度為1.524mm，相對介電常數為3.55的RO4003TM介質板上。天線尺寸為28×24mm，通過一個50Ω的3.5×12mm的微帶線饋電，工作頻率為3-12GHz。另外，一個3.5×1.5mm的矩形凹槽被添加在地板上，為了實現天線的雙陷波波特性，同時在貼片天線上添加一個C型縫隙和一個倒U型縫隙，在該天線結構中，固定Width和Width2分別為0.4mm和0.6mm，可調參數為Length與Length2，優化這兩個參數的值，就能改變天線的陷波性能。

3 仿真與參數優化

在以上天線結構的基礎上，分別改變Length和Length2的值，得到的軟件仿真結果如圖2和圖3，從圖像可以看出，改變Length和Length2的值可以使天線在3.5GHz和5.5GHz附近分別產生較大的駐波比，微調兩個參數的值，就可以達到我們的設計目的。

為了實現在3.4-3.6GHz和5.15-5.825GHz兩種頻段同時陷波的目的，以排除來自WLAN和WiMAX（全球微波互聯網絡）的干擾信號，經過優化，選擇了讓上方的倒U型縫隙來實現中心頻率為3.5GHz的陷波功能，其尺寸為Length2=7mm，Width2=0.6mm；而下方的C型槽則用來實現中心頻率為5.5GHz的陷波功能，其尺寸為Length=1.6mm，Width=0.4mm。仿真結果如圖4和圖5所示，可以看出，在3.5GHz和5.5GHz附近有較大的駐波比和較小的增益，能夠有效的抑制來自WLAN和WiMAX（全球微波互聯網絡）的干擾信號，達到了設計目的。

4 結論

超寬帶天線由于其極大的帶寬，易受到其他通信系統的干擾，本文設計了一種3-12GHz的超寬帶微帶天線，通過在貼片上增加雙縫隙使天線在3.5GHz和5.5GHz附近產生陷波特性，以抑制來自WLAN和WiMAX（全球微波互聯網絡）的干擾信號。最后的仿真結果顯示，本文所設計的天線基本滿足了技術要求。

參考文獻

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作者簡介

邱詩浩（1994-），男，江西省贛州市人。碩士研究生。主要研究方向為天線設計和微波應用。

作者單位

華東師范大學信息科學技術學院 上海市 200241