一種具有三陷波特性的超寬帶印刷天線(xiàn)設計

摘要 提出了一種新型的具有三陷波特性的超寬帶印刷天線(xiàn)。大錢(qián)形的輻射貼片和共面波導傳輸線(xiàn)饋電，可以保證在相當寬的3個(gè)頻帶內具有良好的阻抗匹配?；夭〒p耗S11-10 dB的阻抗帶寬是3．1～10.6GHz，除了其中3．3～3.7 GHz的WIMAX，5．15～5．825 GHz的WIAN和7．25～8.4 GHz的X波段下行頻段3個(gè)陷波頻段。這些陷波的頻段可以通過(guò)在天線(xiàn)的輻射貼片上增加長(cháng)條裂縫和U形縫隙實(shí)現。加工和測試結果表明，該天線(xiàn)具有很好的阻抗帶寬和全向輻射方向圖。
關(guān)鍵詞 超寬帶天線(xiàn)；陷波特性；小型化；無(wú)線(xiàn)通信

美國聯(lián)邦通信委員會(huì )于2002年規范統一商業(yè)應用中的帶寬要求為3．1～10．6 GHz，這使得超寬帶技術(shù)在工業(yè)和學(xué)術(shù)界中的應用變得備受矚目。為避免超寬帶通信系統中的其他頻段的相互干擾，例如工作頻帶內還存在諸如無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)等其他的通信系統，多種具有陷波特性的超寬帶天線(xiàn)被廣泛研究和設計出來(lái)。
可以通過(guò)在超寬帶天線(xiàn)上腐蝕不同的結構來(lái)實(shí)現陷波特性。多種結構均可實(shí)現這一功能，如在貼片上腐蝕U形和C形縫隙。然而眾多設計的天線(xiàn)都僅覆蓋了一個(gè)窄帶頻段，多數適用于無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)中5 GHz頻段。還有部分天線(xiàn)具有雙陷波特性。
文中提出了一種帶有三陷波特性的共面波導饋電的超寬帶天線(xiàn)。輻射貼片為大錢(qián)形狀，通過(guò)在其表面腐蝕U形縫隙和長(cháng)條裂縫，可以獲得3個(gè)陷波頻段。

1 天線(xiàn)的設計與結構
具有三陷波特性的超寬帶天線(xiàn)結構圖如圖1所示。天線(xiàn)腐蝕在介電常數為4.4和厚度為1．6 mm的FR4介質(zhì)板上。共面波導傳輸線(xiàn)與地板的間隔是W3、寬度是W4，特性阻抗是50 Ω。共面地板大小是L2×W2，提供了良好的阻抗匹配。天線(xiàn)的尺寸是36mm×30 mm×1．6 mm。為引入三陷波特性，在馬蹄形天線(xiàn)表面蝕刻了U形縫隙和長(cháng)條裂縫。上部的U形縫隙實(shí)現了WiMAX的3．3～3．7 GHz頻段的陷波功能，同樣的下部U形縫隙實(shí)現了7．25～8．4 GHz頻段的陷波功能，而兩條裂縫實(shí)現了WLAN的5．15～5．825 GHz頻段的陷波功能。

原始天線(xiàn)具有良好的超寬帶特性，在充分考慮整體尺寸的前提下，合適地選擇大錢(qián)形貼片和共面地板的大小來(lái)保證天線(xiàn)的阻抗匹配特性。而在貼片上面蝕刻縫隙或者裂縫，可以切斷輻射貼片上的表面電流，使得縫隙或者裂縫周?chē)碾娏髦匦路植?，形成了陷波特性?？紤]在介電常數4．4時(shí)，陷波結構的長(cháng)度約為陷波頻率對應波長(cháng)的1／4，考慮縫隙和裂縫之間的耦合，在初始值附近進(jìn)行一定的優(yōu)化就可得出設計天線(xiàn)的具體從參數。
使用3D電磁仿真元件HFSS 11．0對設計的天線(xiàn)進(jìn)行了仿真，經(jīng)過(guò)加工調試天線(xiàn)的尺寸如下：L1=36mm，L2=16mm，L3=14mm，L4=15mm，L5=
17mm，L6=4．8mm，L7=11 mm，L8=6mm，L9=8．5mm，L10=8．4mm，L11=2．6mm，W1=30mm，W2=9mm，W3=0．5mm，W4=3mm，W5=0．4mm，W6=
0．4mm，W7=0．5mm，W8=2．5mm，R1=10mm。

2 結果分析
圖2給出了三陷波超寬帶天線(xiàn)回波損耗的HFSS仿真結果圖和矢量網(wǎng)絡(luò )分析儀的測試結果圖。從回波損耗可以看出超寬帶天線(xiàn)滿(mǎn)足通信系統中對于超寬帶頻帶的要求，并且可以看出設計的天線(xiàn)有3．1～3．9 GHz，5．15～5．9 GHz和7．2～8．9 GHz的3個(gè)陷波頻段。測試結果和仿真結果有著(zhù)良好的吻合。