一種3—12GHz雙陷波超寬帶天線的設(shè)計

邱詩浩++陳燕婷

摘 要自從美國聯(lián)邦通信委員會（FCC）批準(zhǔn)了超寬帶（Ultra-Wideband，UWB）技術(shù)可用于民用，將3.1GHz-10.6GHz 作為超寬帶天線的工作頻譜范圍后，超寬帶通信系統(tǒng)的設(shè)計已成為通信系統(tǒng)設(shè)計領(lǐng)域的焦點。然而，由于超寬帶技術(shù)帶寬極大，容易受其他通信系統(tǒng)的影響。因此，一種在特定頻段且具有陷波功能的超寬帶天線亟待推出，本文設(shè)計并優(yōu)化了一種雙陷波超寬帶天線，使其在3.4-3.6GHz和5.15-5.825GHz即WiMAX和WLAN所在的頻段同時具有較好的抗干擾特性。

【關(guān)鍵詞】超寬帶微帶天線駐波比 增益

1 引言

隨著通信技術(shù)的不斷發(fā)展，通信手段變得種類繁多，短距離通信成為了現(xiàn)代人生活中不可或缺的一部分。而隨著個人無線通信局域網(wǎng)的（WPAN）逐漸流行，WLAN、傳統(tǒng)藍(lán)牙、Home RF等已經(jīng)不能滿足日益增長的通信要求，因此，一種新型的短距離通信技術(shù)呼之欲出，而超寬帶技術(shù)（Ultra-Wideband，UWB）作為一種高性能、高速率、低成本、低功耗的通信手段，得到了人們的廣泛認(rèn)可和關(guān)注。

超寬帶天線的帶寬達(dá)到了3.1-10.6GHz，極大的帶寬固然使其具有其他天線沒有的種種優(yōu)點，但也帶來了一些缺陷。其中，干擾問題首當(dāng)其沖，這是因為在超寬帶天線的工作頻率范圍內(nèi)，還存在著其他無線局域網(wǎng)例如WLAN（5.15-5.825GHz）、全球微波互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)WiMAX（3.4-3.6GHz）和衛(wèi)星通信系統(tǒng)等。為了抑制系統(tǒng)間的干擾又不提高成本，不少國內(nèi)外學(xué)者都對如何實現(xiàn)超寬帶天線的陷波功能進(jìn)行了深入研究，產(chǎn)生陷波的方式有很多：如在天線的輻射單元上挖各種形狀的窄縫隙，在天線結(jié)構(gòu)上增加寄生枝節(jié)，或是改變地板形狀等，使天線在特定的頻段有較大的損耗，以達(dá)到陷波特性。微調(diào)縫隙或枝節(jié)的結(jié)構(gòu)，就可以調(diào)節(jié)陷波的頻率范圍，最終達(dá)到設(shè)計要求。而本文設(shè)計并優(yōu)化了一種雙陷波超寬帶天線，使其在3.4-3.6GHz和5.15-5.825GHz即WiMAX和WLAN所在的頻段同時具有較好的抗干擾特性。

2 天線基本結(jié)構(gòu)

如圖1所示，天線印制在一塊厚度為1.524mm，相對介電常數(shù)為3.55的RO4003TM介質(zhì)板上。天線尺寸為28×24mm，通過一個50Ω的3.5×12mm的微帶線饋電，工作頻率為3-12GHz。另外，一個3.5×1.5mm的矩形凹槽被添加在地板上，為了實現(xiàn)天線的雙陷波波特性，同時在貼片天線上添加一個C型縫隙和一個倒U型縫隙，在該天線結(jié)構(gòu)中，固定Width和Width2分別為0.4mm和0.6mm，可調(diào)參數(shù)為Length與Length2，優(yōu)化這兩個參數(shù)的值，就能改變天線的陷波性能。

3 仿真與參數(shù)優(yōu)化

在以上天線結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，分別改變Length和Length2的值，得到的軟件仿真結(jié)果如圖2和圖3，從圖像可以看出，改變Length和Length2的值可以使天線在3.5GHz和5.5GHz附近分別產(chǎn)生較大的駐波比，微調(diào)兩個參數(shù)的值，就可以達(dá)到我們的設(shè)計目的。

為了實現(xiàn)在3.4-3.6GHz和5.15-5.825GHz兩種頻段同時陷波的目的，以排除來自WLAN和WiMAX（全球微波互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)）的干擾信號，經(jīng)過優(yōu)化，選擇了讓上方的倒U型縫隙來實現(xiàn)中心頻率為3.5GHz的陷波功能，其尺寸為Length2=7mm，Width2=0.6mm；而下方的C型槽則用來實現(xiàn)中心頻率為5.5GHz的陷波功能，其尺寸為Length=1.6mm，Width=0.4mm。仿真結(jié)果如圖4和圖5所示，可以看出，在3.5GHz和5.5GHz附近有較大的駐波比和較小的增益，能夠有效的抑制來自WLAN和WiMAX（全球微波互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)）的干擾信號，達(dá)到了設(shè)計目的。

4 結(jié)論

超寬帶天線由于其極大的帶寬，易受到其他通信系統(tǒng)的干擾，本文設(shè)計了一種3-12GHz的超寬帶微帶天線，通過在貼片上增加雙縫隙使天線在3.5GHz和5.5GHz附近產(chǎn)生陷波特性，以抑制來自WLAN和WiMAX（全球微波互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)）的干擾信號。最后的仿真結(jié)果顯示，本文所設(shè)計的天線基本滿足了技術(shù)要求。

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作者簡介

邱詩浩（1994-），男，江西省贛州市人。碩士研究生。主要研究方向為天線設(shè)計和微波應(yīng)用。

作者單位

華東師范大學(xué)信息科學(xué)技術(shù)學(xué)院 上海市 200241