楓葉形超寬帶天線的設計

吳小蝶

（江門職業技術學院 廣東 江門 529000）

1 引言

目前，超寬帶天線已經廣泛應用在無線通信領域，隨著現代智能電子產品的輕巧化和工作環境的多樣化，設計出小尺寸、帶寬大的超寬帶天線已經成為各位設計師追求的主要目標。此外，為了保證數據傳輸過程的穩定性，天線輻射的穩定性也是設計者需要考慮的問題。為了拓寬天線帶寬，減小天線尺寸以及考慮到天線輻射的穩定性，本文使用HFSS仿真軟件設計了一款楓葉形的超寬帶天線。

2 天線的結構

楓葉形超寬天線的結構圖如圖1所示，在介質板的上側印制了輻射貼片和部分地板，通過將輻射貼片設計成階梯的形狀，使其看上去像一片楓葉，并且在輻射貼片的中間蝕刻出多邊形以拓寬工作頻帶。同時，為了增強天線的輻射特性，在部分地板的兩側蝕刻出對稱的三角形。在下圖中，介質板的尺寸為36mm×36mm×1mm，采用FR4材料，介電常數為4.4，輻射貼片通過50歐姆的CPW進行饋電，其中CPW關于Y軸對稱。

通過采用電磁仿真軟件Ansoft HFSS 10.0，對楓葉形天線的結構參數進行優化并且仿真，得到如圖1的結構圖。通過分析仿真結果，陷波的中心頻率和帶寬隨著輻射貼片上的多邊形槽的面積的改變而改變。天線的結構參數優化結果如下：Wc=0.5，Wd=2，La=6，Lb=2，Lc=8，L=36，W=36，h=1。（單位：mm）

圖1 天線結構

3 結果分析

我們采用HP8510C網絡分析儀來測量天線結構參數，通過分析圖2得出結論：當S11＜-10dB時，使用分析儀測量的天線工作頻帶為2.3GHz～11GHz，仿真結果為2.2GHz～10.9GHz，因此，所設計天線的回波損耗 的仿真結果跟使用分析儀測量的結果基本一致。上述結果表明，所設計天線在工作帶寬內工作性能穩定。

圖2 天線的回波損耗

為了分析天線的輻射特性，分析了天線在頻率5.7 GHz處的方向圖，如圖3（a）所示，可見在超寬帶天線的工作頻率點處，在H面的全向輻射特性良好，在E面也近似于全向輻射特性。

圖3 方向圖

4 結語

本文提出了楓葉形超寬帶天線的設計，該天線在2.3GHz～11GHz范圍內工作性能穩定，通過將輻射貼片設計成階梯的形狀，使其看上去像一片楓葉，并且在輻射貼片的中間蝕刻出多邊形以拓寬其工作頻帶。除此之外，在天線的工作頻段內，該天線在Y和Z方向上具有十分穩定的輻射特性。所設計的天線帶寬大，工作穩定，結構緊湊，易于制造，能夠廣泛應用于超寬帶無線通信領域。

[1] Cui Yue-Hui，Li Rong-lin，Wang Peng.Novel Dual-Broadband Planar Antenna and Its Array for 2G/3G/LTE Base Stations[J]. IEEE Transactions on Antennas and Propagation，2013，61(3):1132-1138.

[2] Cui Yue-Hui，Li Rong-lin，Wang Peng. A Novel Broadband Planar Antenna for 2G/3G/LTE Base Stations[J].IEEE Transactions on Antennas and Propagation，2013，61(5): 2767-2773.