一种CPW-fed的双陷波超宽带天线的设计

摘要：设计了一种小型双阻带超宽带天线。天线采用共面波导(CPW)馈电的地板结构，地板由两个半椭圆构成，从而实现了超宽带天线及小型化。通过开双U型缝隙实现了双阻带特性，阻带带宽分别是650 MHz和590 GHz。天线实物测量结果表明，天线驻波比2的带宽为2．97～12．75 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；共面波导馈电；双陷波特性；小型化

随着室内高速无线数据接入技术的发展，要求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。考虑到与以往天线的设计要求，UWB天线不仅要求天线具有体积小、良好的辐射效率、全向覆盖特性，同时应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(3．7～4．2 GHz)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当今研究的重点。
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、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，本文设计了一种双U缝隙的UWB天线，带宽2．97～12．75 GHz(VSWR2)，在满足天线性能的基础上实现了双阻带功能565 MHz(3．35～4．00 GHz)和590 GHz(5．23～5．82 GHz)。在天线设计中，地板采用了CPW馈电结构，通过调节馈线宽度W3可以达到高频匹配，实现设计天线的小型化；辐射板采用了圆形辐射板CDM，通过调节它的半径可以实现低频段的阻抗匹配；辐射板上双U缝隙的作用是产生双阻带，避免与其他通讯系统产生相互干扰。
在经验的基础上进行了大量的仿真实验，获得天线的具体结果参数。通过实物测量，显示天线性能基本得到满足，是一种具有实用意义的UWB天线。

1 天线结构设计
天线的具体尺寸结构示意图如图1所示。圆形辐射板、微带馈线和地板印制在FR4介质板的同一面，FR4介质板厚度h=1．0 mm，相对介电常数εr=4．4，尺寸为20．0 mm×27．0 mm×1．0 mm。馈线宽度设计为W3=5 mm与50 Ω端口进行匹配。其中，天线尺寸为：W=20 mm，L=27 mm，R=10 mm，W1=8 mm，W2=3．5 mm，W3=5．0 mm，L1=10mm，L1=10．2 mm，L2=7．8 mm，s1=0．8 mm，s2=1 mm，s3=0．6 mm。