具有3．4／5．5GHz雙阻帶特性的單極子超寬帶天線

摘要：設(shè)計(jì)了一款微帶饋電的具有3．4／5．5 GHz雙阻帶特性的圓盤單極子天線。由于采用具有缺陷結(jié)構(gòu)的地板，天線具有良好的阻抗特性。在2．38～15 GHz的頻帶內(nèi)電壓駐波比VSWR≤2，可以同時(shí)覆蓋WLAN(2．4 GHz)和UWB(3．1～10．6 GHz)。同時(shí)引入雙矩形諧振槽，實(shí)現(xiàn)在WiMAX(3．4 GHz)和WLAN(5．2／5．8 GHz)的雙阻帶。仿真結(jié)果和實(shí)驗(yàn)結(jié)果匹配良好，具有一定的實(shí)用價(jià)值。
關(guān)鍵詞：超寬帶；雙阻帶；單極子

超寬帶通信系統(tǒng)由于具有數(shù)據(jù)傳輸率高、損耗低的特點(diǎn)，受到越來越多的關(guān)注。自2002年，美國(guó)聯(lián)邦通信委員會(huì)(US—FCC)批準(zhǔn)，將3．1～10．6 GHz頻段作為超寬帶通信技術(shù)應(yīng)用以來，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)此進(jìn)行了大量研究。作為超寬帶通信系統(tǒng)的一個(gè)重要的前端組成部分，超寬帶天線的設(shè)計(jì)是一個(gè)基礎(chǔ)性的引人關(guān)注的課題。在各類天線中，印刷單極子天線以其體積小、易于共型集成的特點(diǎn)表現(xiàn)出良好的寬帶特性。因此，印刷單極天線在超寬帶通信系統(tǒng)(3．1～10．6 GHz)中具有廣闊的應(yīng)用前景。但是，有許多其他窄帶系統(tǒng)也工作在這一頻段，比如無線局域網(wǎng)(wLAN)IEEE802．11a和HIPERLAN／2LAN工作在5．2／5．8 GHz頻段，除此之外，在許多國(guó)家，工作在3．3～3．7 GHz的WiMAX系統(tǒng)也在超寬帶系統(tǒng)的頻段。因此，為了避免這些系統(tǒng)的相互干擾，需要在這些頻段產(chǎn)生陷波來排除干擾，以增強(qiáng)系統(tǒng)的兼容性。在特定的頻帶內(nèi)產(chǎn)生阻帶以克服干擾的頻率陷波天線已經(jīng)被大量研究，比如：在天線上采用對(duì)稱倒L型槽，圓環(huán)形槽，H型槽以及縫隙型的SRR結(jié)構(gòu)來產(chǎn)生陷波。盡管如此，大部分天線僅僅克服了WLAN系統(tǒng)的干擾。在文獻(xiàn)中第一次提到了雙阻帶超寬帶天線，它可以克服3．4～3．48 GHz和5．4～5．98 GHz的頻段。然而，由于阻帶帶寬較窄，沒有完全克服WLAN和WiMAX頻段的干擾。
為了解決上述問題，提出并設(shè)計(jì)了一款緊湊的印刷單極天線，它可以同時(shí)克服WLAN和WiMAX頻段的干擾。通過調(diào)節(jié)輻射貼片上雙矩形槽的尺寸，可以方便地獲得雙阻帶特性。同時(shí)，天線具有良好的阻抗匹配特性，可以同時(shí)覆蓋2．4～2．5 GHz和超寬帶頻段。由于采用了微帶線饋電，天線易于集成和小型化。利用Ansoft-HFSS對(duì)天線進(jìn)行仿真，并詳細(xì)分析了天線尺寸參數(shù)對(duì)天線性能的影響。

1 天線設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)
天線結(jié)構(gòu)如圖1(a)所示，尺寸為37 mm×42 mm×1．5mm。

圓盤的半徑為R=10 mm。為了引入雙阻帶，在圓盤輻射單元上蝕刻了雙同心矩形槽，矩形槽的寬度T都是0．5 mm，如圖1(b)所示。矩形槽的長(zhǎng)度在很大程度上決定了阻帶的中心頻率。外槽的尺寸為L(zhǎng)1，L2和W1，內(nèi)槽的尺寸為L(zhǎng)L1，LL2和W2。在內(nèi)矩形槽的兩臂上有兩個(gè)對(duì)稱枝節(jié)，其長(zhǎng)度為Wg。同時(shí)，為了擴(kuò)展阻帶帶寬，內(nèi)矩形槽延伸到了外矩形槽兩臂的間隙之間。
微帶饋線寬度為2．6 mm，特性阻抗50 Ω。微帶線與其他器件采用SMA連接器進(jìn)行連結(jié)。采用缺陷地板結(jié)構(gòu)(DGS)可以很好地實(shí)現(xiàn)阻抗匹配以覆蓋2．4 GHz和UWB頻段，輻射貼片單元與地板的間隙為0．3 mm。