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研究一種新型的超寬帶天線
來源:本站整理  作者:佚名  2013-02-22 08:08:55

    摘要:提出了一種微帶饋電的超寬帶天線。該天線印刷在覆銅介質基板上,介質基板尺寸為30 mm x 35 mm x 1. 5 mm,材料是介電常數為4.4的FR4介質。利用仿真軟件HFSS對天線參數進行仿真和優化。通過在微帶面上開縫,可實現天線頻帶寬度(S‑<-10 dB) 2.5 GHz-11.5 GHz,相對帶寬達128%。結果表明,該天線不僅滿足超寬帶要求,而且結構簡單,體積小,適合在UWB通信中應用。

    近年來,隨著對無線通信需求的不斷增加,超寬帶技術作為一種短距離高速率無線通信技術越來越受到人們的關注,因此設計一種結構簡單、性能良好的超寬帶天線具有重大的現實意義。2002年美國FFC (Federal Commu-nications Commission)規定UWB頻段為3. 1 GHz - 10. 6 GHz,小型化超寬帶天線引起國內外學術界的廣泛關注。為了實現微帶印刷偶極子天線寬帶性能,國內外學者提出了多種多樣的天線結構[6-8], U槽貼片天線、蝴蝶結形、單極子天線等被廣泛應用于UWB通信,但是目前這些天線體積較大。參考文獻[4]設計的天線采用的是將等腰梯形與圓弧形相結合的方式對接地板進行開槽實現帶寬(V$WR < 2)為3 GHz - 11. 8 GHz。出于實際制作和應用的考慮,本文在微帶貼片輻射元上開縫,設計一種能滿足UWB通信的小型化超寬帶天線,便于與射頻電路集成,并利用仿真軟件HFSS對天線進行建模和優化。實驗表明,所設計的天線能很好地滿足超寬帶應用的需求。

 

1天線結構設計

    微帶天線是在帶有導體接地板的介質基片上貼加導體薄片而形成的天線,它利用微帶線或者同軸線等饋線饋電,在導體貼片與接地板之間激勵起射頻電磁場,并通過貼片四周與接地板間的縫隙向外輻射。通常介質基片的厚度與波長相比是很小的,而饋電網絡又可與天線結構一起制成,剖面薄,體積小,從而實現了小型化。微帶導體貼片一般采用規則形狀的面積單元,如矩形、圓形或圓形環薄片的微帶貼片。在相同的頻率工作時,矩形貼片可獲得比圓形貼片稍高的效率、增益及更寬的頻帶。增大天線帶寬的方法有:多貼片、縫隙加載、集總元件加載(包括短路針)以及雙饋點等。這些方式各有利弊,如:多貼片和集總元件加載都會使天線的結構變復雜,而雙饋點時諧振頻率調諧范圍受到一定的限制、開槽可能改變諧振頻點等。因此,在設計時,必須綜合考慮,使得相應的參數滿足設計要求。本文設計的天線的基本結構如圖1所示,該天線印刷在覆銅介質基板上,由接地面、縫,隙貼片單元、饋電結構組成。介質基板尺寸為30 mm x 35mmx1.5 mm,接地面的尺寸為30 mm x 11. 5 mm,縫隙的寬度都是0.5 mm。材料是介電常數為4.4的FR4介質,采用縫隙貼片單元與接地面進行饋電。其實影響天線輻射性能的因素有很多,主要是由輻射貼片的尺寸、幾何形狀和縫隙的尺寸決定,在HFSS中建立模型,對天線幾何尺寸進行優化。

 

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