一種新型橢圓陷波特性的超寬帶天線的設計

摘 要：超寬帶無線通信技術以其信道衰落不敏感，低能耗，抗干擾性強，系統設計復雜度較低等優點而備受重視。本文以橢圓片結構為基礎設計了一種新型平面超寬帶天線，并主要對該天線的陷波特性進行了研究。該天線由微帶饋線，天線的制作是通過在介質基板上下面分別印刷一個橢圓形和矩形相結合，中間以蝶形天線過渡的金屬片，下層矩形接地板來實現。仿真和實物實測結果都可以證實，該天線的工作頻帶為2.0～12GHz，具有超寬帶特性和很好的全向輻射特性。同時，也對天線進行了雙陷波特性設計，其性能更加優化，可用于無載波超寬帶無線數據通信系統。

關鍵詞：UWB天線；橢圓片單極子；陷頻特性；加載枝節；開槽

隨著UWB技術的不斷發展與進步，超寬帶無線通信系統已經展現了巨大的潛力。人們對其寬頻帶、高速率傳輸等優點尤為關注。聯邦通信委員會（FCC）分配了3.1～10.6GHz的頻譜給超寬帶無線通信應用[1]，考慮到超寬帶頻譜內的無線通信頻段分布甚為密集，比如：在超寬帶帶頻段內的全球無線微波接入系統（WiMAX），其頻帶范圍是3.3～3.7GHz，還有無線局域網（WLAN），其范圍是5.15-5.825GHz，需要避免頻段間干擾。本文通過設計具有雙帶阻特性的UWB天線通信系統來避免這種干擾。

一個優良的超寬帶應用天線[2]，除具有很寬的頻帶外還要有全向輻射圖和良好的色散特性。平面單極天線很適合超寬帶無線應用。大部分天線研究是改變傳統的單極子天線得獎結構來改善天線的帶寬。比如；漸變槽線天線，改進型平面螺旋天線，錐形蝶形領結天線，和C/E/U/F形天線[3]。本文提出了一種新型的UWB單極子天線，該天線輻射單元是將經典的橢圓片和矩形片模型結合，蝶形結構中間過渡改進形成。該天線具有超寬帶帶寬，輻射方向圖穩定性較佳。實現陷波特性的諧振結構分別是U型槽線和一對接地枝節，通過設計這兩個諧振結構，使天線能夠實現對全球無線微波接入系統（WiMAX）3.3～3.7GHz頻段和無線局域網（WLAN）的5.15-5.825GHz頻段的帶阻功能。

2 仿真和測試結果

下面為了討論天線加載的諧振結構對天線阻帶特性的影響，本文分別對U型槽線和對稱接地枝節的長度對于電壓駐波比的影響進行了分析。

如圖3所示，當接地枝節的長度L3增大時，UWB天線的第二阻帶的中心頻率向左偏移。說明該接地枝節通過諧振實現了UWB天線對WLAN頻段的阻斷特性。

通過以上討論獲得了天線阻帶諧振結構的優化模型，以下對該優化模型結果進行分析。

3 結論

文中成功設計了一種具有雙陷波特性的橢圓單極子超寬帶天線。天線的設計簡單，仿真和測試結構表明，設計的天線覆蓋超寬帶系統的頻段，其工作頻段為2.2～12GHz，天線具有超寬帶特性和很好的全向輻射特性，同時該天線獲得了對WiMAX和WLAN頻段良好的帶阻作用。因此，該天線能夠適用于一定的超寬帶應用。

參考文獻

[1]張秋凝.一種蝶形平面超寬帶（UWB）天線的設計【J】電子設計工程 2012（5）：12-15.

[2]蔣旭東，李萍，劉穎.一種基于DMS技術的UWB平面單極子天線設計[J].電子科技，2010（12）：5-8.

[3]1. Lin， Y. D. and S. N. Tsai， \"Analysis and design of broadband-coupled striplines-fed bow-tie antennas，\" IEEE Trans. Antennas Propagat.， Vol. 46， No. 3， 459-560， 1998.