超宽带微带天线[具有带陷功能的超宽带微带天线设计].doc

《超宽带微带天线[具有带陷功能的超宽带微带天线设计].doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《超宽带微带天线[具有带陷功能的超宽带微带天线设计].doc（5页珍藏版）》请在得力文库 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、 超宽带微带天线具有带陷功能的超宽带微带天线设计 引言 UWB天线与传统的窄带天线相比有许多新的特点。信号源产生肯定外形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，由于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3.110.6GHz，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，虽然与一般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3-4通过将贴片单元集成天线阵列，从而到达拓展带宽的目的，

2、但是很明显，阵列构造会占据很大的空间，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，为了避开与传统窄带间的干扰，故而又产生了一些特别的带陷要求。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。详细来讲，所实行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拟简单的。另外一种常用并且比拟简洁的方法是采纳陷波设计，如文献5就采纳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抱负的

3、。最直接的方法就是在超宽带天线上增加附加的构造直接实现带陷功能。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，而且还满意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根底来设计所需的天线。UWB天线的设计平面单极天线的大小主要是由频带低端值打算的，对于规章平面辐射言，要求驻波比不大于2且可以通过简洁的圆柱体模型计算天线能够到达的最低频点。如图1所示，将圆柱体沿母线切开，可得到其实，这个表达式只是一个天线模型的原始理论表达式，天线的最终构造尺寸还要依据所设计的详细构造参数来调整，并加以优化。由文献6可知，馈点间隙

4、g对天线性能的影响很大。随着g的减小，介质上外表的辐射贴片和下外表微带接地板之间的电容性增大，这将导致阻抗不匹配。此外，相对于宽度a，矩形贴片的长度h对天线低频点的影响更大。HFSS天线仿真与分析通过计算，仿真中心频率设为6.85GHz，选介电常数r=2.94的Rogers RT/ duroid 6002为天线介质基板且基板尺寸为26281mm3。这符合天线构造小型化的设计初衷。天线的三维构造图如图2所示。基板上外表是大小为2215.10.05mm3的抱负介质辐射贴片。依据微带线计算工具，选择r=2.94，介质基板厚度h=1mm，辐射贴片厚度t=0.035mm，扫描中心频率f =6.85GHz

5、。天线采纳50微带线馈电，相应的馈线宽度为2.52mm。仿真结果如图3所示，天线的-10dB范围在39.4GHz之间，与FCC对超宽带天线带宽规定相比还有肯定的差距。下面通过在原有的构造上挖槽的方法来拓展带宽，以到达FCC对超宽带天线的带宽规定。构造如图4所示，天线尺寸为13.690.035mm3。增加这种槽陷构造可以等效为引入了阻抗匹配元件，所以通过匹配可以到达展宽带宽的效果。图5给出了槽线天线的回波损耗曲线。很明显，阻抗带宽已经展宽并可以掩盖3.110.6GHz 且S11曲线的最低值接近了-40dB。图6分别给出了频点为3 GHz， 5GHz和9GHz的E面和H面方向增益曲线图。这三个频点

6、总体上可以将这个频带内的方向图特性表示出来。可以看出，天线根本实现了频带内的全向性。由于图5所示S11曲线中9GHz四周的回波损耗不够低，这导致了9GHz处的H面方向图增益不是很抱负。我们还可以通过天线的另一重要参数驻波比VSWR来观看天线在频带内的特性。由图7可知，此天线在整个频带内的驻波比都小于2，并且在扫频中心处的驻波比接近1，这说明其性能是比拟好的。依据前面分析过的干扰问题我们来设计具有带陷功能的天线，以实现在3-4GHz和5-6GHz频段内的带阻功能，避开与传统窄带通信系统相互干扰。首先，在槽内对称地嵌入两个不规章的矩形贴片，其长臂尺寸为180.035mm3，短臂尺寸为1.560.0

7、35mm3，中间连接局部尺寸为4.80.60.035mm3。接下来，在接地板上引入缺陷接地构造9-10。缺陷接地构造（DGS）是指在微带或共面波导接地板上刻蚀出肯定图案的“缺陷”构造，这相当于转变传输线的有效电感和有效电容，进而转变等效电路参数，使DGS构造的微带线具有慢波或者带阻特性。依据这一思想，在接地板上挖两个相互连接的矩形槽，以实现天线的带阻特性。图8显示了天线的三维构造。观看图9所示的S11曲线，可以发觉在34GHz和56GHz之间实现了带阻特性。此外，在9GHz四周消失了新的谐振点，这降低了该频段内的回波损耗。图10显示的3GHz，5GHz和9GHz频点上的方向图增益曲线，实现了比拟抱负的全向性。此特性也可以通过图11所示的3D图形观看得到。从下面的VSWR曲线图中可以看到在34GHz和56GHz频带内消失了两个驻波比超过2的峰值，这实现两个频带内的带阻。完毕语本文在Ansoft HFSS环境下设计了超宽带天线，实现了在3.110.6GHz范围内回波损耗小于-10dB，驻波比小于2的要求。该天线可用于认知无线电射频前端，且同时为了减小与窄带通信间的干扰，我们转变了贴片构造并引入了缺陷接地构造，最终实现了34GHz和56GHz频段的带阻功能。此外，该天线构造简洁，便于制作且根本实现了小型化。