一種3—12GHz雙陷波超寬帶天線(xiàn)的設(shè)計(jì)

邱詩(shī)浩++陳燕婷

摘 要自從美國(guó)聯(lián)邦通信委員會(huì)（FCC）批準(zhǔn)了超寬帶（Ultra-Wideband，UWB）技術(shù)可用于民用，將3.1GHz-10.6GHz 作為超寬帶天線(xiàn)的工作頻譜范圍后，超寬帶通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)已成為通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)領(lǐng)域的焦點(diǎn)。然而，由于超寬帶技術(shù)帶寬極大，容易受其他通信系統(tǒng)的影響。因此，一種在特定頻段且具有陷波功能的超寬帶天線(xiàn)亟待推出，本文設(shè)計(jì)并優(yōu)化了一種雙陷波超寬帶天線(xiàn)，使其在3.4-3.6GHz和5.15-5.825GHz即WiMAX和WLAN所在的頻段同時(shí)具有較好的抗干擾特性。

【關(guān)鍵詞】超寬帶微帶天線(xiàn)駐波比 增益

1 引言

隨著通信技術(shù)的不斷發(fā)展，通信手段變得種類(lèi)繁多，短距離通信成為了現(xiàn)代人生活中不可或缺的一部分。而隨著個(gè)人無(wú)線(xiàn)通信局域網(wǎng)的（WPAN）逐漸流行，WLAN、傳統(tǒng)藍(lán)牙、Home RF等已經(jīng)不能滿(mǎn)足日益增長(zhǎng)的通信要求，因此，一種新型的短距離通信技術(shù)呼之欲出，而超寬帶技術(shù)（Ultra-Wideband，UWB）作為一種高性能、高速率、低成本、低功耗的通信手段，得到了人們的廣泛認(rèn)可和關(guān)注。

超寬帶天線(xiàn)的帶寬達(dá)到了3.1-10.6GHz，極大的帶寬固然使其具有其他天線(xiàn)沒(méi)有的種種優(yōu)點(diǎn)，但也帶來(lái)了一些缺陷。其中，干擾問(wèn)題首當(dāng)其沖，這是因?yàn)樵诔瑢拵炀€(xiàn)的工作頻率范圍內(nèi)，還存在著其他無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)例如WLAN（5.15-5.825GHz）、全球微波互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)WiMAX（3.4-3.6GHz）和衛(wèi)星通信系統(tǒng)等。為了抑制系統(tǒng)間的干擾又不提高成本，不少?lài)?guó)內(nèi)外學(xué)者都對(duì)如何實(shí)現(xiàn)超寬帶天線(xiàn)的陷波功能進(jìn)行了深入研究，產(chǎn)生陷波的方式有很多：如在天線(xiàn)的輻射單元上挖各種形狀的窄縫隙，在天線(xiàn)結(jié)構(gòu)上增加寄生枝節(jié)，或是改變地板形狀等，使天線(xiàn)在特定的頻段有較大的損耗，以達(dá)到陷波特性。微調(diào)縫隙或枝節(jié)的結(jié)構(gòu)，就可以調(diào)節(jié)陷波的頻率范圍，最終達(dá)到設(shè)計(jì)要求。而本文設(shè)計(jì)并優(yōu)化了一種雙陷波超寬帶天線(xiàn)，使其在3.4-3.6GHz和5.15-5.825GHz即WiMAX和WLAN所在的頻段同時(shí)具有較好的抗干擾特性。

2 天線(xiàn)基本結(jié)構(gòu)

如圖1所示，天線(xiàn)印制在一塊厚度為1.524mm，相對(duì)介電常數(shù)為3.55的RO4003TM介質(zhì)板上。天線(xiàn)尺寸為28×24mm，通過(guò)一個(gè)50Ω的3.5×12mm的微帶線(xiàn)饋電，工作頻率為3-12GHz。另外，一個(gè)3.5×1.5mm的矩形凹槽被添加在地板上，為了實(shí)現(xiàn)天線(xiàn)的雙陷波波特性，同時(shí)在貼片天線(xiàn)上添加一個(gè)C型縫隙和一個(gè)倒U型縫隙，在該天線(xiàn)結(jié)構(gòu)中，固定Width和Width2分別為0.4mm和0.6mm，可調(diào)參數(shù)為L(zhǎng)ength與Length2，優(yōu)化這兩個(gè)參數(shù)的值，就能改變天線(xiàn)的陷波性能。

3 仿真與參數(shù)優(yōu)化

在以上天線(xiàn)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，分別改變Length和Length2的值，得到的軟件仿真結(jié)果如圖2和圖3，從圖像可以看出，改變Length和Length2的值可以使天線(xiàn)在3.5GHz和5.5GHz附近分別產(chǎn)生較大的駐波比，微調(diào)兩個(gè)參數(shù)的值，就可以達(dá)到我們的設(shè)計(jì)目的。

為了實(shí)現(xiàn)在3.4-3.6GHz和5.15-5.825GHz兩種頻段同時(shí)陷波的目的，以排除來(lái)自WLAN和WiMAX（全球微波互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)）的干擾信號(hào)，經(jīng)過(guò)優(yōu)化，選擇了讓上方的倒U型縫隙來(lái)實(shí)現(xiàn)中心頻率為3.5GHz的陷波功能，其尺寸為L(zhǎng)ength2=7mm，Width2=0.6mm；而下方的C型槽則用來(lái)實(shí)現(xiàn)中心頻率為5.5GHz的陷波功能，其尺寸為L(zhǎng)ength=1.6mm，Width=0.4mm。仿真結(jié)果如圖4和圖5所示，可以看出，在3.5GHz和5.5GHz附近有較大的駐波比和較小的增益，能夠有效的抑制來(lái)自WLAN和WiMAX（全球微波互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)）的干擾信號(hào)，達(dá)到了設(shè)計(jì)目的。

4 結(jié)論

超寬帶天線(xiàn)由于其極大的帶寬，易受到其他通信系統(tǒng)的干擾，本文設(shè)計(jì)了一種3-12GHz的超寬帶微帶天線(xiàn)，通過(guò)在貼片上增加雙縫隙使天線(xiàn)在3.5GHz和5.5GHz附近產(chǎn)生陷波特性，以抑制來(lái)自WLAN和WiMAX（全球微波互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)）的干擾信號(hào)。最后的仿真結(jié)果顯示，本文所設(shè)計(jì)的天線(xiàn)基本滿(mǎn)足了技術(shù)要求。

參考文獻(xiàn)

[1]N.P.Agrawall，G.Kumar and K. P.Ray.Wide-band Planar Monopole Antennas[J].IEEE Trans.Antennas Propagation，1998.pp：294-295.

[2]Abbas.S.M，Ranga.Y，Verma.A.K， Esselle.K.P.A Simple Ultra Wideband Printed Monopole Antenna with High Band Rejection and Wide Radiation Patterns[J].IEEE Antennas and Propagation，2014.pp：4816-4820.

[3]魏文元，德明，陳必森.天線(xiàn)原理[M]，國(guó)防工業(yè)出版社，1985.

[4]孫榮輝，高衛(wèi)東.一種新穎的雙陷波超寬帶天線(xiàn)[J].微波學(xué)報(bào)，2012（02）：34-39.

作者簡(jiǎn)介

邱詩(shī)浩（1994-），男，江西省贛州市人。碩士研究生。主要研究方向?yàn)樘炀€(xiàn)設(shè)計(jì)和微波應(yīng)用。

作者單位

華東師范大學(xué)信息科學(xué)技術(shù)學(xué)院 上海市 200241