楓葉形超寬帶天線的設(shè)計(jì)

吳小蝶

（江門(mén)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 廣東 江門(mén) 529000）

1 引言

目前，超寬帶天線已經(jīng)廣泛應(yīng)用在無(wú)線通信領(lǐng)域，隨著現(xiàn)代智能電子產(chǎn)品的輕巧化和工作環(huán)境的多樣化，設(shè)計(jì)出小尺寸、帶寬大的超寬帶天線已經(jīng)成為各位設(shè)計(jì)師追求的主要目標(biāo)。此外，為了保證數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程的穩(wěn)定性，天線輻射的穩(wěn)定性也是設(shè)計(jì)者需要考慮的問(wèn)題。為了拓寬天線帶寬，減小天線尺寸以及考慮到天線輻射的穩(wěn)定性，本文使用HFSS仿真軟件設(shè)計(jì)了一款楓葉形的超寬帶天線。

2 天線的結(jié)構(gòu)

楓葉形超寬天線的結(jié)構(gòu)圖如圖1所示，在介質(zhì)板的上側(cè)印制了輻射貼片和部分地板，通過(guò)將輻射貼片設(shè)計(jì)成階梯的形狀，使其看上去像一片楓葉，并且在輻射貼片的中間蝕刻出多邊形以拓寬工作頻帶。同時(shí)，為了增強(qiáng)天線的輻射特性，在部分地板的兩側(cè)蝕刻出對(duì)稱(chēng)的三角形。在下圖中，介質(zhì)板的尺寸為36mm×36mm×1mm，采用FR4材料，介電常數(shù)為4.4，輻射貼片通過(guò)50歐姆的CPW進(jìn)行饋電，其中CPW關(guān)于Y軸對(duì)稱(chēng)。

通過(guò)采用電磁仿真軟件Ansoft HFSS 10.0，對(duì)楓葉形天線的結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化并且仿真，得到如圖1的結(jié)構(gòu)圖。通過(guò)分析仿真結(jié)果，陷波的中心頻率和帶寬隨著輻射貼片上的多邊形槽的面積的改變而改變。天線的結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化結(jié)果如下：Wc=0.5，Wd=2，La=6，Lb=2，Lc=8，L=36，W=36，h=1。（單位：mm）

圖1 天線結(jié)構(gòu)

3 結(jié)果分析

我們采用HP8510C網(wǎng)絡(luò)分析儀來(lái)測(cè)量天線結(jié)構(gòu)參數(shù)，通過(guò)分析圖2得出結(jié)論：當(dāng)S11＜-10dB時(shí)，使用分析儀測(cè)量的天線工作頻帶為2.3GHz～11GHz，仿真結(jié)果為2.2GHz～10.9GHz，因此，所設(shè)計(jì)天線的回波損耗 的仿真結(jié)果跟使用分析儀測(cè)量的結(jié)果基本一致。上述結(jié)果表明，所設(shè)計(jì)天線在工作帶寬內(nèi)工作性能穩(wěn)定。

圖2 天線的回波損耗

為了分析天線的輻射特性，分析了天線在頻率5.7 GHz處的方向圖，如圖3（a）所示，可見(jiàn)在超寬帶天線的工作頻率點(diǎn)處，在H面的全向輻射特性良好，在E面也近似于全向輻射特性。

圖3 方向圖

4 結(jié)語(yǔ)

本文提出了楓葉形超寬帶天線的設(shè)計(jì)，該天線在2.3GHz～11GHz范圍內(nèi)工作性能穩(wěn)定，通過(guò)將輻射貼片設(shè)計(jì)成階梯的形狀，使其看上去像一片楓葉，并且在輻射貼片的中間蝕刻出多邊形以拓寬其工作頻帶。除此之外，在天線的工作頻段內(nèi)，該天線在Y和Z方向上具有十分穩(wěn)定的輻射特性。所設(shè)計(jì)的天線帶寬大，工作穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)緊湊，易于制造，能夠廣泛應(yīng)用于超寬帶無(wú)線通信領(lǐng)域。

[1] Cui Yue-Hui，Li Rong-lin，Wang Peng.Novel Dual-Broadband Planar Antenna and Its Array for 2G/3G/LTE Base Stations[J]. IEEE Transactions on Antennas and Propagation，2013，61(3):1132-1138.

[2] Cui Yue-Hui，Li Rong-lin，Wang Peng. A Novel Broadband Planar Antenna for 2G/3G/LTE Base Stations[J].IEEE Transactions on Antennas and Propagation，2013，61(5): 2767-2773.