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共面波导馈电超宽带天线设计方案解析
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2017-11-09
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1 引言
自从2002年2月美国联邦通信委员会（FCC）将3.1-10.6GHz频段划归超宽带（UWB）的民用频段=，UWB无线通信系统的设计和应用便成为了无线通信领域激烈竞争的焦点。作为超宽带系统的重要组成部分，超宽带天线的设计也成为了科学界和工程界的热门研究课题。但是在UWB频段内存在其他无线通信系统，比如3.3-3.6 GHz的WiMAX和5.15-5.825 GHz的WLAN等。
为了减小UWB系统与其他无线通信系统的相互干扰，具有陷波功能的超宽带天线也被广泛研究。近年来已经有许多具有陷波功能的超宽带天线相继被提出，其中大量的陷波结构都是通过在天线上开槽实现的。对于微带类超宽带天线，还可以通过在地板开槽或者馈线处加载谐振器来实现陷波功能。但对于共面波导馈电超宽带天线，大部分陷波都是通过在辐射体上开槽实现的，关于如何在地板实现陷波功能的研究并不多。
本文提出了一种具有双阻带功能的共面波导馈电超宽带天线。这两个阻带分别是通过在天线的地板两端对称地开两条槽和在辐射体上开槽来实现的，阻带的中心频率分别为5.5和3.5 GHz。实测与仿真结果表明该天线在期望阻带外的其他UWB频段内表现出良好的宽带阻抗匹配特性与稳定的增益，并且该天线具有良好的全向辐射特性。
图1 天线结构图
图2 陷波超宽带天线实物图
2 天线设计
本文提出的具有双阻带功能的共面波导馈电超宽带天线结构如图1所示，天线的整体尺寸为L×W =30×30 mm2。其主要辐射单元是一个半径R=18 mm的圆片的一部分。共面波导传输线具有50om的特性阻抗，宽度为L1=4 mm，与地板之间的间隔为g=0.5 mm。两端地板各自切除了一个三角形来实现更好的阻抗匹配。
该天线的两个阻带是通过在上述超宽带天线的地板和辐射单元上开槽分别实现的。通过在两端地板靠近馈线位置各开一条细槽可以实现一个阻带，槽的长度约为期望阻带中心频率对应波长的1/4。同时，在辐射体上开槽实现了天线的第二个阻带，槽长约为期望阻带中心频率对应波长的1/2。通过调节各槽的长度、宽度与位置可以获得阻带性能良好的陷波超宽带天线。
自从2002年2月美国联邦通信委员会（FCC）将3.1-10.6GHz频段划归超宽带（UWB）的民用频段=，UWB无线通信系统的设计和应用便成为了无线通信领域激烈竞争的焦点。作为超宽带系统的重要组成部分，超宽带天线的设计也成为了科学界和工程界的热门研究课题。但是在UWB频段内存在其他无线通信系统，比如3.3-3.6 GHz的WiMAX和5.15-5.825 GHz的WLAN等。
为了减小UWB系统与其他无线通信系统的相互干扰，具有陷波功能的超宽带天线也被广泛研究。近年来已经有许多具有陷波功能的超宽带天线相继被提出，其中大量的陷波结构都是通过在天线上开槽实现的。对于微带类超宽带天线，还可以通过在地板开槽或者馈线处加载谐振器来实现陷波功能。但对于共面波导馈电超宽带天线，大部分陷波都是通过在辐射体上开槽实现的，关于如何在地板实现陷波功能的研究并不多。
本文提出了一种具有双阻带功能的共面波导馈电超宽带天线。这两个阻带分别是通过在天线的地板两端对称地开两条槽和在辐射体上开槽来实现的，阻带的中心频率分别为5.5和3.5 GHz。实测与仿真结果表明该天线在期望阻带外的其他UWB频段内表现出良好的宽带阻抗匹配特性与稳定的增益，并且该天线具有良好的全向辐射特性。
图1 天线结构图
图2 陷波超宽带天线实物图
2 天线设计
本文提出的具有双阻带功能的共面波导馈电超宽带天线结构如图1所示，天线的整体尺寸为L×W =30×30 mm2。其主要辐射单元是一个半径R=18 mm的圆片的一部分。共面波导传输线具有50om的特性阻抗，宽度为L1=4 mm，与地板之间的间隔为g=0.5 mm。两端地板各自切除了一个三角形来实现更好的阻抗匹配。
该天线的两个阻带是通过在上述超宽带天线的地板和辐射单元上开槽分别实现的。通过在两端地板靠近馈线位置各开一条细槽可以实现一个阻带，槽的长度约为期望阻带中心频率对应波长的1/4。同时，在辐射体上开槽实现了天线的第二个阻带，槽长约为期望阻带中心频率对应波长的1/2。通过调节各槽的长度、宽度与位置可以获得阻带性能良好的陷波超宽带天线。
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Wangyan233
2021-04-23
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