一種改進(jìn)的杠鈴形超寬帶天線(xiàn)

摘要：為了優(yōu)化超寬帶天線(xiàn)的阻抗帶寬，提出了一種改進(jìn)的杠鈴形超寬帶天線(xiàn)，通過(guò)增加階梯形缺口及采用部分接地面從而改善超寬帶阻抗匹配。測量結果表明，天線(xiàn)的輸入阻抗帶寬達74．7％(3．45～7．56 GHz)，同時(shí)數值仿真表明在y-z和x-z平面方向圖呈對稱(chēng)分布。
關(guān)鍵詞：超寬帶天線(xiàn)；杠鈴形天線(xiàn)；部分接地面；數值仿真；方向圖

0 引言
超寬帶(UWB)技術(shù)作為一種無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)，在短距離室內高速無(wú)線(xiàn)通信方面也受到人們越來(lái)越多的關(guān)注。根據FCC規定，將3．1～10．6 GHz之間的7．5 GHz頻段分配給超寬帶通信業(yè)務(wù)使用。在超寬帶系統中，超寬帶天線(xiàn)是關(guān)鍵部件，因此，相當多的研究者致力于超寬帶天線(xiàn)的發(fā)展，以實(shí)現高的數據傳輸速率、低功耗、簡(jiǎn)單的硬件結構，如射頻識別、傳感器網(wǎng)絡(luò )、雷達、定位跟蹤等。
近來(lái)許多研究集中在分形天線(xiàn)，分形天線(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)如尺寸小、重量輕、厚度薄正好滿(mǎn)足手持設備的要求，采用分形概念是天線(xiàn)原理與設計很有前景的研究方向之一，許多研究者對分形天線(xiàn)做出了積極的研究，如帶有分形雙枝樹(shù)縫隙的雙波段開(kāi)槽共面波導饋電天線(xiàn)，采用分形概念的樹(shù)形超寬帶天線(xiàn)和超寬帶杠鈴形天線(xiàn)，Sierpinski分形天線(xiàn)和snowflake分形天線(xiàn)等。這些天線(xiàn)通過(guò)采用不同結構的分形特性，能得到更好的阻抗匹配帶寬和輻射方向圖。
本文在超寬帶杠鈴形天線(xiàn)基礎上，提出了一種改進(jìn)措施，從而獲得更好的阻抗帶寬，天線(xiàn)采用部分接地技術(shù)和分形概念。

1 天線(xiàn)結構設計
杠鈴形及改進(jìn)的杠鈴形超寬帶天線(xiàn)結構如圖1和圖2所示，圖中給出了天線(xiàn)的頂視和側視圖，輻射單元長(cháng)度為Wo，寬度為L(cháng)o，饋線(xiàn)寬度Wf，長(cháng)度為L(cháng)f，輻射單元蝕刻在FR4基板上(厚度h=1.5mm，εr=4.4)，基板尺寸為L(cháng)sub×Wsub，天線(xiàn)背面有部分接地面，尺寸為L(cháng)g×Wsub。改進(jìn)的杠鈴形超寬帶天線(xiàn)是在圖1結構基礎上蝕刻出臺階形缺口，對應缺口的尺寸為W1，W2，…，W5和L1，L2，…，L5，天線(xiàn)輻射單元位于x-y平面，輻射單元厚度方向對應x-z平面。

2 天線(xiàn)仿真
按照圖1和圖2尺寸采用HFSS 10．0進(jìn)行了仿真，回波損耗仿真結果如圖3所示?？梢钥闯鰣D2的回波損耗低于圖1，圖2天線(xiàn)回波損耗小于-10 dB帶寬為72．6％(3．48～7．45 GHz)；按照圖2結構加工出改進(jìn)的杠鈴形超寬帶天線(xiàn)，饋電采用50 Ω同軸側饋，回波損耗實(shí)測結果如圖3所示，回波損耗小于-10 dB，帶寬為74．7％(3．45～7．56 GHz)。