一种根据微带馈电的平面单极子超宽带天线

1 导言

自从2002年美国联邦通讯委员会 (Federal Communication Committee, FCC)敞开超宽带规范以来,超宽带技能引起了人们越来越多的重视。超宽带传输具有高传输率，低辐射、低散射损耗等特色。用于脉冲辐射和接纳的超宽带天线是超宽带体系的一项关键技能。所以对超宽带小型化天线的研讨一直是一个热门。

曩昔几年的研讨标明, TEM 喇叭 、贴片天线和开槽天线等能够作为超宽带天线运用,其间贴片天线有概括低、 重量轻、 简略集成和制造成本低一级长处 ,在移动通讯的使用中有潜在的优势。可是贴片天线的带宽比较窄,一些研讨者现已测验做了增进带宽的作业,电阻加载和改动天线的形状是两类成功的测验。电阻加载会下降天线的效。有的平面单极子天线有一个较大的地板与天线臂笔直放置，这给天线的小型化规划带来了不方便。共面波导馈电和开槽相结合的办法也能够添加天线的带宽。FCC同意商用的UWB 体系能够作业在 3. 1～10. 6 GHz的频带内，本文测验经过改动振子和馈线形状来添加带宽。经过仿真成果能够看出在2.8 GHz-18.6GHz的频带内回波损耗小于-10 dB。

2 天线结构

天线被规划在一块巨细为25 mm × 30 mm，厚度为1.9 mm，介电常数为4.4的Rogers5880基片上。天线选用微带线馈电，辐射臂和地板别离坐落基片的两边，地板的巨细为25 mm ×14 mm。为了添加天线的带宽，微带馈线被规划锥形突变线，其长度为15 mm，输入阻抗为50Ω。在改动微带馈线形状的一起，也选用了非对称馈电的办法来添加天线的带宽，经过参数仿真，馈电点选在了天线偏左的方位。天线的详细参数值为：单位(mm)

(1) 介质基片：W=25，L=30,，H₁=1.9； (2) 地板 ：L₁=14， H₂=0.08，g=1；(3) 锥形突变线：W₁=3，W₂=8，S=3.6，S­₁=1.6，L₃=2.5，L₄=3.5，L₅=9，H=0.08；(4) 辐射臂：W₃=25，W₄=15，r₁=5，r₂=5

图1 天线的结构

3 天线的仿真成果

为了使所规划的天线在回波损耗小于-10 dB的频带内具有最大的增益。规划中运用了根据有限元法的仿真软件CST MWS对天线的参数进行仿真优化。仿真的终究成果如图2所示，从中能够看到在2.8 GHz -18.6 GHz的带宽内，天线的回波损耗小于-10 dB。

图2 天线的回波损耗

6GHz E 平面 (Y-Z 平面)

6GHz H 平面 (Y-X 平面)图3 （A）

9 GHz E 平面 (Y-Z 平面)

9 GHz H 平面 (Y-X 平面)图3 （B）

16 GHz E 平面 (Y-Z 平面)

16 GHz H 平面 (Y-X 平面)图3 （C）

图3 天线的辐射方向图

图4 天线的增益

图4为天线的增益对频率的改变，从图中那个能够看出在频率为2.8 GHz -18.6 GHz的范围内天线的增益为1.7 dBi 到5.05 dBi 之间。

4 不同参数与几许结构对天线的影响

在天线的规划中，有些灵敏的参数将会很大的影响天线的功能。为了使天线的功能到达最优，将会在仿真中对这些参数进行参数扫描。从仿真成果中能够看出参数改变对天线功能的影响，然后挑选终究适宜的参数。图5和图6是不同参数的改变与天线功能的联系，从图中能够看出当g=1mm，W₁=4mm时天线的仿真成果最好。

图5 取不同的g时天线的回波损耗

图6 取不同的w1时天线的回波损耗

为了减小天线的反射损耗，对天线的直角进行了导圆角。使天线的反射减小，然后也在必定程度上优化了天线的功能。图8为导圆角前后天线的仿真成果，从图中能够看出，导圆角后天线的回波损耗有所减小。

图7 两种不同形状的天线

图8 两种不同天线的回波损耗

5 定论

本文所规划的平面单极子超宽带天线根据微带馈电，具有较宽的带宽。经过锥形突变馈线和不对称馈电添加了天线的带宽，使天线的回波损耗在2.8 GHz -18.6 GHz的带宽内小于-10dB。一起天线的结构简略、紧凑，易于加工，所以该天线完全符合小型化超宽带天线的规划规范。