一種新型超寬帶微帶天線

摘要：目前超寬帶無(wú)線通信成為研究的熱點(diǎn)，同時(shí)對(duì)天線的研究提出新的挑戰(zhàn)。提出了一種小型超寬叉形微帶天線結(jié)構(gòu)，首次采用對(duì)地板做開(kāi)一個(gè)半圓形縫隙處理，提高了天線輻射性能，而對(duì)其他參數(shù)影響不大。通過(guò)數(shù)值模擬，該天線主抗帶寬為3．5～14 GHz，基本覆蓋了FCC建議的頻段。其在XZ面具有良好的全向，在YZ平面輻射圖具有很好的穩(wěn)定性。此天線結(jié)構(gòu)具有良好的輻射特性，基本滿足了超寬帶通信對(duì)天線的要求。
關(guān)鍵詞：微帶天線；半圓縫隙；超寬帶；輻射圖

O 引 言
伴隨著移動(dòng)無(wú)線通信技術(shù)的迅猛發(fā)展，特別是一些可攜帶移動(dòng)通信設(shè)備的需求，小型化超寬印刷微帶天線的研究技術(shù)得到快速發(fā)展。美國(guó)通信委員會(huì)于2002年將3．1～10．6 GHz頻段作為超寬通信使用，使超寬天線技術(shù)的研究成為一個(gè)新的研究熱點(diǎn)。
大量的不同類型超寬帶平面微帶單集子天線出現(xiàn)在相關(guān)文獻(xiàn)中，如矩形、橢圓形、圓形、多面形等，但是有的很難與其他的微波器件集成在一起。最近有些文獻(xiàn)提出了對(duì)地開(kāi)矩形縫隙的處理，提高了主抗帶寬。文獻(xiàn)提出了對(duì)貼片開(kāi)縫隙提高YZ平面輻射特性的一種方法，但其主抗帶寬較小。在此提出了一種新型又形結(jié)構(gòu)單集子微帶天線，通過(guò)對(duì)原始五邊形貼片結(jié)構(gòu)進(jìn)化、優(yōu)化，使得主抗帶寬在3．5～14 GHz。特別是對(duì)地做半圓形縫隙的處理，提高了天線的輻射特性，而未對(duì)主抗帶寬形成較大影響。通過(guò)應(yīng)用電磁高頻仿真軟件HFSS的仿真，此天線結(jié)構(gòu)在3．5～8 GHz的頻段內(nèi)，其XZ面具有良好的全向性，并且在YZ面具有類偶集子輻射特性，在這個(gè)頻段內(nèi)，其輻射特性有較好的穩(wěn)定性。

l 天線結(jié)構(gòu)
天線的結(jié)構(gòu)如圖1所示。仿真中的天線應(yīng)用相對(duì)介電常數(shù)為4．4，tan σ=0．02的FR一4介質(zhì)，其厚度h=1 mm，其尺寸為Wg=25 mm，L=25 mm，通過(guò)微帶饋電。利用高頻電磁仿真軟件HFSS對(duì)天線進(jìn)行仿真、優(yōu)化，其最終結(jié)構(gòu)如圖1所示。

天線各個(gè)參數(shù)分別如下：Lg=8．5 mm，L1=14．5 mm，L2=12．5 mm，L3=4 mm，Wl=4 mm．W2=3．1mm，W3=1．5 mm，W4=2．5 mm，W5=1．8 mm，其中對(duì)地開(kāi)了一個(gè)小半圓縫隙，其半徑R=0．9 mm?？梢钥闯龃颂炀€結(jié)構(gòu)能夠很好地和其他的微波電路集成在一起，饋線的主抗設(shè)置為50 Ω，1．8mm×10mm。

2 仿真結(jié)果
如圖2所示，其阻抗帶寬為3．5～14 GHz，其中心頻率為8．25 GHz?？梢钥闯龃私Y(jié)構(gòu)具有兩個(gè)諧振點(diǎn)，分別是4．27 GHz和8．34 GHz。地板的半圓縫隙降低了5～8．2 GHz這個(gè)頻段的s11參數(shù)，對(duì)12～14 GHz有明顯的影響，但對(duì)其他的頻段沒(méi)有什么影響?？梢?jiàn)地板的半圓形縫隙的引入對(duì)s11參數(shù)影響不大。

圖3是對(duì)地開(kāi)半圓縫隙與未做處理的輻射圖對(duì)比，可以看出在XZ，YZ面的輻射圖均有很大改善。在XZ平面半圓縫隙對(duì)低頻影響較大，降低了增益，使得增益在這個(gè)頻段內(nèi)變化比較平滑。在YZ平面，半圓形縫隙對(duì)90°，270°影響較大，使得在這個(gè)角度范圍內(nèi)增益變化較小，而對(duì)其他角度沒(méi)有太大影響。同樣半圓縫隙在YZ面對(duì)低頻段也有較大的影響，提高了O°，180°輻射增益，降低了90°，270°的輻射增益，使得整體輻射具有較好的穩(wěn)定性，對(duì)高頻段影響較小?？赡馨雸A縫隙產(chǎn)生了低頻斷諧波，使得XZ，YZ平面變化均較平滑。表1列出了4～8 GHz內(nèi)，XZ平面的最高增益和最低增益。

3 結(jié) 語(yǔ)
通過(guò)對(duì)天線各個(gè)參數(shù)的優(yōu)化，以及在地平面開(kāi)了一個(gè)半圓形縫隙，提高了天線輻射特性，該天線結(jié)構(gòu)在4～8 GHz內(nèi)，在XZ平面具有良好的全向性；在YZ平面具有類偶集子輻射特性。