摘要: 提出了一种具有双阻带特性的共面波导馈电超宽带天线。通过在辐射单元上开E型槽实现了3.75GHz的第一个陷波结构,并在地板上开两条对称槽实现5.5GHz的第二个陷波结构。文中提出的具有阻带特性超宽带天线的实测结果与仿真结果吻合较好。除了两个期望的阻带外其他超宽带频段内,该天线满足VSWR<2。同时给出了仿真辐射方向图和增益图。

关键词: 双阻带;超宽带;共面波导

随着无线通信技术的普及超宽带(Ultra-WideBand,UWB)技术成为无线通信领域中极具竞争力和发展前景的焦点。2002年,美国联邦通行委员会(FCC)批准将3.1~10.6GHz之间7.5GHz的频段分配给超宽带无限通信业务使用[1-3] 。共面波导相对于常规微带传输线来说,具有低色散,易加工,易于与微波电路集成无源或有源的表面贴装元件实现并联或者串联链接、不需要过孔、相互间串扰小等优点,并且共面波导的特性阻抗是由中间导带宽度和缝隙之比决定,可以自由设计其尺寸。但是,考虑到在UWB频段内存在有其他窄带无线通信系统,例如WMiax3.3~3.6GHz),卫星C波段(3.7~4.2GHz)和WLAN(5.15~5.825GHz)系统。为了抑制不同系统之间的相互干扰,具有陷波特性的超宽带天线被广泛研究 [3-8] 。然而这些文献中的天线多是只能获得单阻带特性。

本文提出了一种具有双阻带特性的超宽带天线。设计的无阻带特性的UWB天线VSWR<2的阻抗带宽为2.58~12GHz。通过在辐射单元上开E型槽和在地板开一对细槽,通过调节槽的尺寸、宽度和位置实现覆盖3.75GHz处和5.5GHz处的双阻带特性。实测与仿真结果吻合较好。

1.天线的设计

图1给出了文中所提出的具有陷波特性的共面波导馈电的超宽带天线几何模型。天线的总尺寸为34mm 25mm 15mm,较为紧凑。共面波导传输线具有50.特性阻抗与地板间隔0.3mm,传输线宽度2mm。共面波导传输线长度195mm。靠近下缘的矩形贴片为地板,半周期正弦形状的辐射单元距离地板为gap=0.5mm。天线制作在相对介电常数r=4.4 、厚度为1.5mm的低耗FR-4基板上。为了实现中心频率在375GHz和55GHz处的陷波特性,在辐射单元上开E型槽和在地板上的一对细槽,实现了双阻带特性。

图1.天线结构图 3.75GHz处的陷波特性由辐射单元上
 

E型槽来实现。槽总长度约为槽线375GHz工作时波长的1/2。通过在地板上加载一对对称细槽,实现了5.5GHz处的陷波特性。细槽距地板边缘为W1,长度L1约为期望阻带谐振频率对应工作波长的1/4。

使用商用软件AnsoftHFSSv11对天线的模型进行仿真分析与优化,通过调节各槽的长度、宽度与位置,最终实现了具有良好特性的双阻带超宽带天线。

表1给出了符合天线设计的主要变量参数组合。图2是根据以上设计结果制作的天线模型实物图。

表1天线结果参数

 

图2.天线实物图