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(chǎn)品的普及，超寬帶技術(shù)的發(fā)展，人們對(duì)天線的帶寬提出了越來越高的要求。自2002年，聯(lián)邦通訊委員會(huì)(FCC)通過決議允許把3．1-10．6 GHz頻段應(yīng)用于商業(yè)領(lǐng)域，具有高數(shù)據(jù)傳輸率、低成本、低功耗和抗干擾能力強(qiáng)的UWB通信系統(tǒng)得到了迅速發(fā)展。應(yīng)用于UWB通信系統(tǒng)終端的天線必須具有如下特點(diǎn)：如線性的相位響應(yīng)，全向的輻射方向圖，平穩(wěn)的增益。因此，超寬帶天線的設(shè)計(jì)成為了UWB系統(tǒng)的主要挑戰(zhàn)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(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用于UWB通信系統(tǒng)。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(gè)頻段包括了無線局域網(wǎng)(WLAN)5．2 GHz和5．8 GHz的工作頻段，為了避免與無線局域網(wǎng)之間的干擾，就需要具有在5～6 GHz的頻帶內(nèi)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(guān)注研究。
文中提出了一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的，新型共面波導(dǎo)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(gè)矩形微帶調(diào)諧支節(jié)，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(jié)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(nèi)具有很好的帶阻特性。同時(shí)在整個(gè)工作頻帶內(nèi)具有良好的全向輻射方向圖，因而具有一定的使用價(jià)值。

1 天線原理與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
天線的結(jié)構(gòu)，如圖1所示，天線制作在相對(duì)介電常數(shù)為

1．1 天線初始結(jié)構(gòu)的計(jì)算
對(duì)于單極微帶天線，可利用圓柱體近似法計(jì)算出低點(diǎn)的諧振頻率，即VSWR最先2的頻率點(diǎn)。文中是通過正方形輻射貼片的等效轉(zhuǎn)換，最終推導(dǎo)出低點(diǎn)諧振頻率與半圓形輻射貼片半徑的關(guān)系式，即

可得

一般地L取為

參數(shù)F記為

由式(3)，式(4)可得

所以低點(diǎn)的頻率fL可以寫成

通過面積等效原理并假設(shè)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(tǒng)的低點(diǎn)諧振頻率fL=3．1 GHz，可以計(jì)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。