具有3．4／5．5GHz雙阻帶特性的單極子超寬帶天線(xiàn)

摘要：設計了一款微帶饋電的具有3．4／5．5 GHz雙阻帶特性的圓盤(pán)單極子天線(xiàn)。由于采用具有缺陷結構的地板，天線(xiàn)具有良好的阻抗特性。在2．38～15 GHz的頻帶內電壓駐波比VSWR≤2，可以同時(shí)覆蓋WLAN(2．4 GHz)和UWB(3．1～10．6 GHz)。同時(shí)引入雙矩形諧振槽，實(shí)現在WiMAX(3．4 GHz)和WLAN(5．2／5．8 GHz)的雙阻帶。仿真結果和實(shí)驗結果匹配良好，具有一定的實(shí)用價(jià)值。
關(guān)鍵詞：超寬帶；雙阻帶；單極子

超寬帶通信系統由于具有數據傳輸率高、損耗低的特點(diǎn)，受到越來(lái)越多的關(guān)注。自2002年，美國聯(lián)邦通信委員會(huì )(US—FCC)批準，將3．1～10．6 GHz頻段作為超寬帶通信技術(shù)應用以來(lái)，國內外學(xué)者對此進(jìn)行了大量研究。作為超寬帶通信系統的一個(gè)重要的前端組成部分，超寬帶天線(xiàn)的設計是一個(gè)基礎性的引人關(guān)注的課題。在各類(lèi)天線(xiàn)中，印刷單極子天線(xiàn)以其體積小、易于共型集成的特點(diǎn)表現出良好的寬帶特性。因此，印刷單極天線(xiàn)在超寬帶通信系統(3．1～10．6 GHz)中具有廣闊的應用前景。但是，有許多其他窄帶系統也工作在這一頻段，比如無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)(wLAN)IEEE802．11a和HIPERLAN／2LAN工作在5．2／5．8 GHz頻段，除此之外，在許多國家，工作在3．3～3．7 GHz的WiMAX系統也在超寬帶系統的頻段。因此，為了避免這些系統的相互干擾，需要在這些頻段產(chǎn)生陷波來(lái)排除干擾，以增強系統的兼容性。在特定的頻帶內產(chǎn)生阻帶以克服干擾的頻率陷波天線(xiàn)已經(jīng)被大量研究，比如：在天線(xiàn)上采用對稱(chēng)倒L型槽，圓環(huán)形槽，H型槽以及縫隙型的SRR結構來(lái)產(chǎn)生陷波。盡管如此，大部分天線(xiàn)僅僅克服了WLAN系統的干擾。在文獻中第一次提到了雙阻帶超寬帶天線(xiàn)，它可以克服3．4～3．48 GHz和5．4～5．98 GHz的頻段。然而，由于阻帶帶寬較窄，沒(méi)有完全克服WLAN和WiMAX頻段的干擾。
為了解決上述問(wèn)題，提出并設計了一款緊湊的印刷單極天線(xiàn)，它可以同時(shí)克服WLAN和WiMAX頻段的干擾。通過(guò)調節輻射貼片上雙矩形槽的尺寸，可以方便地獲得雙阻帶特性。同時(shí)，天線(xiàn)具有良好的阻抗匹配特性，可以同時(shí)覆蓋2．4～2．5 GHz和超寬帶頻段。由于采用了微帶線(xiàn)饋電，天線(xiàn)易于集成和小型化。利用Ansoft-HFSS對天線(xiàn)進(jìn)行仿真，并詳細分析了天線(xiàn)尺寸參數對天線(xiàn)性能的影響。

1 天線(xiàn)設計與結構
天線(xiàn)結構如圖1(a)所示，尺寸為37 mm×42 mm×1．5mm。

圓盤(pán)的半徑為R=10 mm。為了引入雙阻帶，在圓盤(pán)輻射單元上蝕刻了雙同心矩形槽，矩形槽的寬度T都是0．5 mm，如圖1(b)所示。矩形槽的長(cháng)度在很大程度上決定了阻帶的中心頻率。外槽的尺寸為L(cháng)1，L2和W1，內槽的尺寸為L(cháng)L1，LL2和W2。在內矩形槽的兩臂上有兩個(gè)對稱(chēng)枝節，其長(cháng)度為Wg。同時(shí)，為了擴展阻帶帶寬，內矩形槽延伸到了外矩形槽兩臂的間隙之間。
微帶饋線(xiàn)寬度為2．6 mm，特性阻抗50 Ω。微帶線(xiàn)與其他器件采用SMA連接器進(jìn)行連結。采用缺陷地板結構(DGS)可以很好地實(shí)現阻抗匹配以覆蓋2．4 GHz和UWB頻段，輻射貼片單元與地板的間隙為0．3 mm。