超寬帶平面天線(xiàn)中實(shí)現頻帶抑制的方法

超 寬帶天線(xiàn)在軟件無(wú)線(xiàn)電系統、寬帶無(wú)線(xiàn)接入、電子對抗、探地雷達和電磁兼容測量等方面具有廣泛的應用前景。隨著(zhù)超寬帶平面單極子天線(xiàn)研究的深入及其廣泛應 用，在FCC(Federal Communications Commission)分配的UWB頻段(3.1～10.6 GHz)中，對其他固定頻段的設備(如WLAN IEEE802.11a．對應頻段5.15～5.35 GHz，5.725～5.825 GHz以及HIPERLAN／2對應頻段5.15～5.35 GHz，5.47～5.725 GHz)將產(chǎn)生干擾，嚴重地影響了這些設備的正常工作。如何在超寬帶中實(shí)現頻帶抑制而不影響通帶內的性能，成為超寬帶天線(xiàn)設計的研究熱點(diǎn)。本文從不同結構 的超寬帶平面單極子天線(xiàn)實(shí)現頻帶抑制的方法出發(fā)，研究實(shí)現頻帶抑制的基本原理和常用方法。

1頻帶抑制的基本原理和實(shí)現方法

在 超寬帶平面單極子天線(xiàn)中，實(shí)現頻帶抑制的基本原理和方法就是設法避免產(chǎn)生或者消除天線(xiàn)上被抑制頻段對應的電流。而消除抑制頻帶對應的電流，應通過(guò)改變天線(xiàn) 的結構實(shí)現，這樣天線(xiàn)上的電流分布也將發(fā)生變化，其對應的有效電長(cháng)度是被抑制頻帶波長(cháng)的1／2或者1／4。被改變電流分布后的天線(xiàn)相當于增加了一個(gè)帶阻濾 波器，從而實(shí)現頻帶抑制。在超寬帶平面單極子天線(xiàn)中常用改變電流分布實(shí)現頻帶抑制。對于不同的超寬帶平面單極子天線(xiàn)結構，實(shí)現頻帶抑制的方法不同。下面進(jìn) 行具體的分析。 1.1 開(kāi)孔、開(kāi)槽平面貼片單極子天線(xiàn)實(shí)現頻帶抑制的方法
對于輻射貼片中開(kāi)方 形、圓形或者橢圓形等形狀的平面天線(xiàn)結構，通常采用在開(kāi)孔部位對應的接地面上增加寄生單元，通過(guò)寄生單元來(lái)改變電流的分布實(shí)現頻帶抑制。即通過(guò)引入寄生單 元，在被抑制的頻帶范圍內，寄生單元上的電流方向與輻射貼片上的電流方向相反，從而在超寬帶頻譜上實(shí)現頻帶抑制。

圖1 (a)、(b)所示天線(xiàn)結構為倒鐘型的輻射貼片、帶有凹槽的部分接地面以及寄生縫環(huán)。倒鐘型的輻射貼片可以增加低頻段的有效電長(cháng)度，通過(guò)調整部分接地面上 的凹槽尺寸可以獲得很寬頻帶內較好的阻抗匹配，上凸形的接地面可以進(jìn)一步地改善超寬帶的阻抗匹豌特性。寄生環(huán)的引入改變了天線(xiàn)貼片上的電流分布，實(shí)現頻帶 抑制，其中寄生環(huán)的半環(huán)長(cháng)度L大約為1／4波長(cháng)，通過(guò)調整半環(huán)長(cháng)度L可以實(shí)現在不同頻率的抑制(圖1(c))。

開(kāi)橢圓形孔的半橢圓形輻射，貼片，以及矩形條狀寄生單元如圖2所示。在輻射貼片邊緣開(kāi)階梯狀槽可以實(shí)現高頻段的良好阻抗匹配。地面開(kāi)凹槽的上凸形平面可以 實(shí)現很好的超寬帶特性。橢圓形孔正對的接地面，增加矩形條狀寄生單元來(lái)實(shí)現頻帶抑制，此單元改變天線(xiàn)上的電流分布，寄生單元的不同長(cháng)度和寬度可實(shí)現不同頻 帶的抑制，同時(shí)由圖2還可以看出被抑制的頻帶對長(cháng)度的響應要比對寬度的響應更為敏感。

通過(guò)在輻射貼片開(kāi)U型槽以實(shí)現頻帶抑制，如圖3所示。通過(guò)邊緣階梯化以及改善饋線(xiàn)兩邊的匹配程度實(shí)現超寬帶性能，在輻射貼片上開(kāi)U型槽，可以改變槽兩邊的電 流分布，電流方向相反，從而實(shí)現頻帶抑制。被抑制的頻帶由U型槽的尺寸決定，改變U型槽的長(cháng)度和寬度可以改變被抑制的頻帶。fh長(cháng)度越短被抑制的頻段越 高，fw寬度越寬被抑制的頻段越高。

1.2不規則形狀平面貼片單極子天線(xiàn)實(shí)現頻帶抑制的方法
如 圖4所示，位于微帶饋線(xiàn)與輻射片中間的傾斜的兩條微帶(左圖)，其寬度與長(cháng)度之比(W2／L2)對于天線(xiàn)在頻帶內的阻抗匹配起著(zhù)重要的作用。而接地面的長(cháng) 度L5可以進(jìn)一步改善阻抗的匹配程度。為了獲得指定頻段的抑制，在輻射兩分支貼片的頂端進(jìn)行容性加載，即將兩貼片向接地面折合，與輻射貼片相連，折合面的 長(cháng)度為介質(zhì)板的厚度。這種容性加載等效為工作在需要抑制的頻帶內的串聯(lián)諧振器，同時(shí)在接地面的上方增加兩個(gè)寄生貼片單元，調節這兩個(gè)貼片的尺寸就可以調節 被抑制的頻帶，通過(guò)容性加載以及寄生貼片單元的作用，從而實(shí)現了頻帶抑制特性。