具有带陷功能的超宽带微带天线设计

　　摘要：UWB天线可以在认知无线电射频前端感知无线频谱，但由于其宽带特性，不可避免地会与传统的窄带无线通信产生相互干扰。为了排除干扰，本文设计了具有带陷功能的UWB微带天线。该天线回波损耗在3.1~10.6GHz范围内满足小于-10dB且驻波比小于2的要求。通过在辐射贴片上挖槽和在接地板上引入缺陷接地结构，最终天线实现了3~4GHz和5~6GHz之间的带陷功能。

　　引言

　　UWB天线与传统的窄带天线相比有很多新的特点。信号源产生一定形状的短脉冲并将其馈入超宽带天线，天线要将脉冲信号无失真地辐射出去，因为频域内任何一个频点的失真都会使得接收到的信号脉冲产生不同程度的失真。所以，UWB天线的特征有别于一般的微带天线。此外，FCC规定民用UWB的-10dB带宽范围为3.1~10.6GHz，在此频段内天线的增益、波瓣方向图、驻波比等参数应在允许的波动范围内。

　　对于UWB天线的设计，虽然与普通的微带天线的设计方法有所不通过，但是宽带化和小型化的理论是通用的。文献通过将贴片单元集成天线阵列，从而达到拓展带宽的目的，但是很显然，阵列结构会占据很大的空间，对于高要求的终端设备这种设计达不到要求。由于UWB天线的超宽带特性，为了避免与传统窄带间的干扰，故而又产生了一些特殊的带陷要求。

　　近年来，人们试图从时域、频域、空间编码等各个方面寻求方法来以解决它们之间的干扰问题。具体来讲，所采取的主要措施有脉冲波形设计、平滑PSD、窄带干扰抑制算法等。但是这些方法，大都是通过设计脉冲波形或者接收机装置来回避UWB与其它窄带通信的干扰，这样的方案最终实现起来是比较复杂的。另外一种常用并且比较简单的方法是采用陷波设计，如文献就采用这种方法设计了一种蝶形天线。但是这种方案会给系统造成额外的开销，因此对于小系统来讲也不是最理想的。最直接的方法就是在超宽带天线上增添附加的结构直接实现带陷功能。本文将应用这种方法设计认知无线电射频前端的超宽带天线。所以，本文设计的天线既实现了宽带和带陷的功能，而且还满足了人们对新型天线的平面化，小型化，且易于加工的要求。下面我们以平面单极天线为基础来设计所需的天线。

　　UWB天线的设计

　　平面单极天线的大小主要是由频带低端值决定的，对于规则平面辐射贴片单极天线而言，要求驻波比不大于2且可以通过简单的圆柱体模型计算天线能够达到的最低频点。如图1所示，将圆柱体沿母线切开，可得到一个相关矩形。