一種新型具有帶阻特性的超寬帶天線

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近年來,隨著無線通訊產品的普及,超寬帶技術的發(fā)展,人們對天線的帶寬提出了越來越高的要求。自2002年,聯邦通訊委員會(FCC)通過決議允許把3.1-10.6 GHz頻段應用于商業(yè)領域,具有高數據傳輸率、低成本、低功耗和抗干擾能力強的UWB通信系統得到了迅速發(fā)展。應用于UWB通信系統終端的天線必須具有如下特點:如線性的相位響應,全向的輻射方向圖,平穩(wěn)的增益。因此,超寬帶天線的設計成為了UWB系統的主要挑戰(zhàn)之一。平面印制天線,如矩形,圓形,橢圓形,蝶形單極子,偶極子等,具有寬頻帶、低色散、低損耗、低剖面、重量輕、易于制作、價格低廉等優(yōu)點,已廣泛應用于UWB通信系統。而采用CPW饋電的平面印制天線具有易于和有源、無源器件的串并連接,易于MMIC的集成化,有利于阻抗匹配和提高增益。然而這個頻段包括了無線局域網(WLAN)5.2 GHz和5.8 GHz的工作頻段,為了避免與無線局域網之間的干擾,就需要具有在5~6 GHz的頻帶內加入帶阻特性。因此,具有帶阻特性的UWB天線受到了廣泛的關注研究。

文中提出了一種結構簡單的,新型共面波導饋電的具有帶阻特性的平面單極子超寬帶天線。該天線是在輻射單元上開矩形寬縫隙,然后加入一個矩形微帶調諧支節(jié),從而獲得良好的帶阻特性。通過仿真,研究了天線的工作特性,結果表明,該天線的工作頻帶為2.49~14.53 GHz,其中5~6 GHz頻帶內具有很好的帶阻特性。同時在整個工作頻帶內具有良好的全向輻射方向圖,因而具有一定的使用價值。

1 天線原理與結構設計

天線的結構,如圖1所示,天線制作在相對介電常數為

1.1 天線初始結構的計算

對于單極微帶天線,可利用圓柱體近似法計算出低點的諧振頻率,即VSWR最先<2的頻率點。文中是通過正方形輻射貼片的等效轉換,最終推導出低點諧振頻率與半圓形輻射貼片半徑的關系式,即

可得

一般地L取為

參數F記為

由式(3),式(4)可得

所以低點的頻率fL可以寫成

通過面積等效原理并假設W=L,則得到

其中fL的單位是GHz;L,R,r的單位是mm。利用UWB通信系統的低點諧振頻率fL=3.1 GHz,可以計算出單極子天線的初始半徑R=15.8 mm。該半徑用于HFSS建模仿真,隨后可以通過改變半徑來獲得較大的帶寬和較高的增益。

 

作者:李運志,吳先良,蘇雪娟 安徽大學   來源:電子科技
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