一种小型双陷波超宽带天线的设计

摘要 设计了一种小型双阻带的超宽带天线。采用由两个半椭圆和一个长条矩形复合的一种新型地板结构，从而实现了超宽带天线小型化。通过开双U型缝隙实现了双阻带特性，阻带带宽分别是540 MHz和610 MHz。天线实物测量结果表明，天线驻波比2的带宽为2．7～12 GHz，在整个频段内天线增益较高，同时方向图全向特性良好。天线的测量结果和仿真结果有较好的一致性。
关键词 超宽带；复合地板；双陷波特性；天线小型化

随着室内高速无线数据接入技术的发展，要求未来的无线通信系统具有更大的数据吞吐量。特别是IEEE802．15．3a标准提出分配3．1～10．6 GHz频段给超宽带使用后，超宽带通信系统越来越受到重视。考虑到UWB天线不仅要求天线体积小、良好的辐射效率、全向覆盖特性，同时还要避免和其他通信系统相互干扰，主要重叠的通讯频段有WLAN(5．2～5．8 GHz)、WIMAX(3．3～3．6 GHz)，和C波段(3．7～4．2GHz)雷达通信系统，因此能否实现小型化UWB天线及双阻带性能已成为研究重点。
微带天线以其剖面薄、体积小、重量轻、可与载体表面相共形、易集成、成本低、容易制作等优点备受关注，常见的小型UWB天线主要包括印刷型单极子和宽缝隙天线。从上述背景出发，文中设计了一种双U缝隙的UWB天线，带宽2．9～12．4 GHz(VSWR2)，在满足天线性能的基础上实现了双阻带功能540 MHz(3．28～3．82 GHz)和610 MHz(5．17～5．78 GHz)。在天线的设计中，地板采用复合结构，两个半椭圆通过一个矩形长条连接，通过调节矩形宽度W1可达到高频匹配，实现设计天线的小型化，这种小地板在一定程度上降低了雷达散射截面；辐射板采用圆形辐射板CDM，通过调节其半径可以实现低频段的阻抗匹配；辐射板上的双U缝隙的作用是产生双阻带，避免与其他通讯系统的相互干扰。
在经验的基础上进行了大量仿真实验，获得天线的具体结果参数。最后通过实物测量，显示天线性能基本得到满足，因此UWB天线具有实用价值。

1 天线结构设计
天线的具体尺寸结构如图1所示。基于圆形辐射板的超宽带天线理论已被广泛引用。本文设计的超宽带天线辐射板采用圆形辐射板，在天线设计中采用了新型的复合地板，它由两个半椭圆通过一个矩形长条连接而成，通过调节复合地板的宽度W1、椭圆主半径和长短轴比，可以实现高频段的阻抗匹配。天线的双陷波特性是通过在馈线和辐射板上设计双U型缝隙来实现，其中一个U型缝隙开在了馈线和辐射板之间，在改善天线的驻波比特性的同时实现了陷波特性。

圆形辐射板(半径r)和微带馈线印制在FR4介质板的同一面，FR4介质板厚度h=0．8 mm，相对介电常数εr=4．4，尺寸为L×W。馈线宽度设计为Wf=5 mm与50 Ω端口进行匹配。介质另一面印制了一个宽度W1=0．1 mm的矩形和两个半椭圆，它的主半径3．7mm，长短轴比为2．5。图1中，单位为mm，W=20，L=31，R=10，Wf=5，W1=0．1，W2=8，W3=3．4，L1=10，L2=7．8，s1=1，s2=0．8，s3=0．6、h=1。