一种采用T形缝的超宽带陷波天线_胡伟
第３４卷第７期 ２
０１１年７月合肥工业大学学报
（自然科学版）
ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＨＥＦＥＩ ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ ＯＦ
ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＶｏｌ．３４Ｎｏ．７
Ｊｕｌ．２０１１
收稿日期：２０１０－０８－２４；修回日期：２０１０－１０－
２６作者简介：胡 伟（１９８６－），男，安徽全椒人，电子工程学院硕士生；张建华（１９６２－）
，女，江苏丹阳人，电子工程学院教授，硕士生导师．Ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ
．ｉｓｓｎ．１００３－５０６０．２０１１．０７．０３１一种采用Ｔ形缝的超宽带陷波天线
胡 伟１， 张建华１， 马 亮
２
（１．电子工程学院信息工程系，安徽合肥 ２３００３７；２．６１２５１部队，河北秦皇岛 ０６６１０２
）摘 要：文章提出了一种基于矩形贴片天线改进而成的具有陷波特性的超宽带天线。该天线采用微带线馈电，通过将矩形贴片改进成多边形贴片，并在天线地板上嵌入一个凹形槽改善天线的辐射特性，使之达到超宽带的特性，
同时在天线贴片上嵌入一个Ｔ形槽线使其具有陷波特性。仿真和测试结果表明，该天线在３．１～１０．６ＧＨｚ频带范围内回波损耗小于－１０ｄＢ，而在５．８ＧＨｚ的窄带范围内具有回波损耗大于－１０ｄＢ的陷波特性。
关键词：超宽带天线；回波损耗；Ｔ形缝隙；
陷波特性；无线通信中图分类号：ＴＮ８２ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００３－５０６０（２０１１）０７－１１００－
０４Ａ ｂａｎｄ－ｎｏｔｃｈｅｄ ＵＷＢ ａｎｔｅｎｎａ ｗｉｔｈ Ｔ－ｓｈａｐ
ｅｄ ｓｌｏｔＨＵ Ｗｅｉ １， ＺＨＡＮＧ Ｊｉａｎ－ｈｕａ１， ＭＡ Ｌｉａｎｇ
２
（１．Ｄｅｐｔ．ｏｆ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｈｅｆｅｉ ２３００３７，Ｃｈｉｎａ；２．Ｔｈｅ Ｕｎｉｔ ６１２５１ｏｆ ＰＬＡ，Ｑｉｎｈｕａｎｇｄａｏ０６６１０２，
Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｎ ｉｍｐｒｏｖｅｄ ｕｌｔｒａ－ｗｉｄｅｂａｎｄ（ＵＷＢ）ａｎｔｅｎｎａ ｗｉｔｈ ｂａｎｄ－ｎｏｔｃｈｅｄ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ ｉｓ ｐｒｏｐｏｓｅｄ，ｗｈｉｃｈ ｉｓｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｒｅｃｔａｎｇｕｌａｒ ｐａｔｃｈ ａｎｔｅｎｎａ．Ｔｈｅ ａｎｔｅｎｎａ ｆｅｄ ｂｙ ｍｉｃｒｏｓｔｒｉｐ ｃａｎ ｐｏｓｓｅｓｓ ｔｈｅ ＵＷＢ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ ｂｙｍｏｄｉｆｙｉｎｇ ｔｈｅ ｒｅｃｔａｎｇｕｌａｒ ｐａｔｃｈ ｔｏ ｔｈｅ ｏｃｔａｇｏｎａｌ ｐａｔｃｈ ａｎｄ ｉｍｐｒｏｖｉｎｇ ｔｈｅ ｒａｄｉａｔｉｏｎ ｐｒｏｐｅｒｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ａｎｔｅｎｎａｗｉｔｈ ａ ｒｅｃｔａｎｇｕｌａｒ ｓｌｏｔ ｏｎ ｔｈｅ ｇｒｏｕｎｄ ｐｌａｎｅ．Ｔｈｅ ｂａｎｄ－ｎｏｔｃｈｅｄ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ ｉｓ ａｌｓｏ ｏｂｔａｉｎｅｄ ｂｙ ｃｕｔｔｉｎｇ ａ Ｔ－ｓｈａｐｅｄ ｓｌｏｔ ｏｎ ｔｈｅ ｐａｔｃｈ．Ｔｈｅ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ ｔｅｓｔｉｎｇ
ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｒｅｔｕｒｎ ｌｏｓｓ ｏｆ ｔｈｅ ａｎｔｅｎｎａ ｉｓ ｌｅｓｓｔｈａｎ－１０ｄＢ ｉｎ ｔｈｅ ｂａｎｄ ｆｒｏｍ ３．１ＧＨｚ ｔｏ １０．６ＧＨｚ，ｗｈｉｌｅ ｉｎ ｔｈｅ ｎａｒｒｏｗ ｂａｎｄ ａｒｏｕｎｄ ５．８ＧＨｚ，ｔｈｅ ａｎｔｅｎ－ｎａ ｈａｓ ｔｈｅ ｂａｎｄ－ｎｏｔｃｈｅｄ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ ｗｉｔｈ ａ ｒｅｔｕｒｎ ｌｏｓｓ ｏｆ ｍｏｒｅ
ｔｈａｎ－１０ｄＢ．Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｕｌｔｒａ－ｗｉｄｅｂａｎｄ（ＵＷＢ）ａｎｔｅｎｎａ；ｒｅｔｕｒｎ ｌｏｓｓ；Ｔ－ｓｈａｐｅｄ ｓｌｏｔ；ｂａｎｄ－ｎｏｔｃｈｅｄ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ；ｗｉｒｅｌｅｓｓ
ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ 自从２００２年美国通信委员会（ＵＳ－
ＦＣＣ）将３．１～１０．６ＧＨｚ的频带划为超宽带（ＵＷＢ）商业用途后，超宽带系统已经越来越具有吸引力，许多新涌现出的超短波通信系统都工作在此频段
内［
１］
。采用超宽带通信相对于现有的无线通信标准来说具有更高的数据传输速率，所以，设计出在收发设备之间接受和传送信号，满足通信要求的超宽带天线已成必然趋势。
宽带平面单极天线由于其宽阻抗带宽、结构
简单及良好的辐射特性［２］
引起了不少研究人员的
关注，但是随着集成电路的快速发展，此类天线由于其较大的金属底板，不能适应通信系统的小型化要求。为了减小尺寸，一系列的采用微带线或
共面波导馈电的平面单极天线应运而生［
３－６
］。由于电磁信号在传播过程中会对其他通信设备产生干扰，所以在室内短程通信的超宽带天线就要防止干扰别的设备或被别的设备干扰，其中一个要避免的就是无线局域网（ＷＬＡＮ，工作频率在５．０～６．０ＧＨｚ范围内）
，因此产生了具有陷波功能的超宽带天线［
７－８
］。当前有许多种产生陷
波的方法，最常见的是在贴片上刻缝，如Ｕ形
缝［９］、弧形缝［１０］、一字形缝［１１］
等。另一种方法是先在贴片上刻一个大缝，
然后在里面植入一个小贴片以达到在要求的频段ＬＣ谐振的效果［１
２］
。还有一种方法是在贴片或底板附近放置寄生金属贴
片以实现在特定频段内具有滤波的功能［
１３］。本文提出了一种利用微带线馈电的超宽带陷波天线，首先将矩形贴片改进成超宽带天线，然后采用了一种新的陷波技术，通过在贴片上刻“Ｔ”
形缝以达到在５．０～６．０ＧＨｚ实现陷波的效果。该天线具有３５ｍｍ×３５ｍｍ×１ｍｍ的小尺寸，同时覆盖整个３．１～１０．６ＧＨｚ频段，具有良好的阻抗特性和辐射特性，实现了天线小型化的目标。
１ 天线结构设计
图１所示为本文所提出的具有陷波特性的微带线馈电的超宽带天线几何模型
。
图１ 天线的几何模型
该天线刻制在聚四氟乙烯基板上，基板的尺寸为Ｗ×Ｌ×ｈ＝３５ｍｍ×３５ｍｍ×１ｍｍ，相对介电常数εｒ＝
４．４，损耗正切ｔａｎδ＝０．０２。该天线包括１个开凹形槽的底板、１个由矩形改进而来的多边形贴片，以及为了达到陷波效果而刻的“Ｔ”形缝。为了使微带线特性阻抗达到与５０Ω匹配，其宽度设定为ｔ＝２ｍｍ。通过用ＡｎｓｏｆｔＨＦＳＳ软件仿真及优化，确定了天线比较优良的尺寸，ａ＝６ｍｍ，ｂ＝１ｍｍ，ＬＳ＝２ｍｍ，ＷＳ＝９ｍｍ，Ｌｇ＝１８ｍｍ；微带线长度Ｌｆ＝１
６．５ｍｍ，Ｌｎ＝Ｗｎ＝４．５ｍｍ；缝隙宽度Ｗ０＝０．４ｍｍ。同时按照上述尺寸将天线在Ｐｒｏｔ Ｓ６２型电路板雕刻机上制作成实物，如图２所示，左右两副天线分别为无陷波功能的超宽带天线和具有陷波功能的超宽带天线。
将其在Ａｇ
ｉｌｅｎｔ Ｎ５２３０Ａ矢量网络分析仪上测量的结果与仿真结果作了比较，如图３所示，由于机器刀具的的雕刻深度控制、ＳＭＡ馈电头的焊接等因素的影响，
再加上贴片和底板会受到不同程度的氧化，测量曲线与仿真结果存在一定误差，但达到了预期的设计目的，符合设计要求
。
图２
天线的实物加工图
图３ 天线的性能测量
２ 天线特性分析
在天线的设计中，贴片和底板的形状与尺寸对天线性能的影响是比较明显的，
本文就是先将矩形贴片设计成一个多边形结构，改善其低频特性，再将矩形底板设计成一个具有凹形槽的结构，提高其高频特性从而改善了天线的宽带特性，使其具有超宽带性能，仿真结果如图４所示
。
图４ 贴片与底板对天线性能的影响
对于天线的陷波特性，
其ＬＣ谐振的中心频率和频带宽度由贴片上缝隙的长度和宽度决定。
１
０１１ 第７期胡 伟，等：一种采用Ｔ形缝的超宽带陷波天线
首先在Ｌｎ＝Ｍｎ的情况下改变Ｌｎ＋Ｍｎ的长度，可以得到不同陷波频段，如图５ａ所示。
图５ｂ所示为不同Ｌｎ、Ｍｎ对应的Ｓ１１曲线，可以看出在确定陷波频段对应的缝隙长度后，若Ｌｎ与Ｍｎ之间的差值小于１ｍｍ，是不会影响天线陷波功能的。所以，将缝隙对折后，既保证了要求的陷波频段，
又防止了缝隙的长度超过贴片的尺寸，对于天线在低频段设计陷波具有一定意义
。
图５ 缝隙长度对陷波频段的影响
图６所示为缝隙宽度Ｗ０分别取０．１、０．４、０．９ｍｍ时天线的陷波特性。由图６中可以看出
随着缝隙宽度的增加，天线陷波的幅值和中心频率都受到其影响，而产生陷波的频带宽度逐渐增大
。
图６ 缝隙宽度对陷波宽度的影响
缝隙长度与陷波频段的关系，见表１所列。从表１中可以看出陷波的中心频率对应的波长与缝隙长度的关系，可由（１
）式表示：λｎｏｔｃｈ＝
ｃ
ｆｎｏｔｃｈε槡ｅ
（１
）其中，ｃ为真空中的光速；ｆｎｏｔｃｈ为陷波频段的中心
频率；εｅ为介质的有效介电常数，采用（２）式计算［
１４
］：εｅ＝
εｒ＋１２＋εｒ－１２
１＋１２Ｗｔ（）
ｈ－１
２（２）其中，εｒ为相对介电常数；
Ｗｔ为贴片宽度；ｈ为介质厚度。
表１ 缝隙长度与陷波频段的关系
缝隙总长／ｍｍ陷波中心频率／ＧＨｚ对应的波长／
ｍｍ缝隙总长／波长７ ６．３６ ２５．６ ０．２７８ ５．８９ ２７．７ ０．２９９ ５．４７ ２９．８ ０．３０１０ ５．０４ ３２．３ ０．３１１１
４．７４
３４．４
０．３２
图７所示为该天线在可工作频段４．８、
７．０ＧＨｚ时Ｅ面（ＸＯＹ面）和Ｈ面（ＹＯＺ面）
的归一化方向图，
由图７可知，在Ｈ面该天线有着全向辐射的特性
，
与单极子的辐射特性相似。图７ 天线辐射方向图
图８所示为天线在３～１１ＧＨｚ频段内的工
２
０１１ 合肥工业大学学报（自然科学版）第３４卷
作效率，可以看出，该天线在５～６ＧＨｚ的工作效率有明显的下陷，而其他频段的工作效率是比较高的，在０．９～１．０之间
。
图８ 天线工作效率图
３ 结束语
本文通过刻制“Ｔ”形缝设计出一种新型的超宽带陷波天线，
讨论了缝隙的宽度和长度对陷波性能的影响，并制作出了实物。仿真和测量结果表明该天线达到了设计的要求，在ＷＬＡＮ内实
现了带阻功能，为室内超宽带无线短程通信提供了可能。
［参 考 文 献］
［１］ 孙 锐，
赵 烨．一种用于ＵＷＢ通信系统的调制技术［Ｊ］．合肥工业大学学报：自然科学版，２００７，３０（６）：６９０－６９２．［２］ Ａｇａｒｗａｌｌ Ｎ Ｐ，Ｋｕｍａｒ Ｇ，Ｒａｙ
Ｋ Ｐ．Ｗｉｄｅｂａｎｄ ｐｌａｎａｒｍｏｎｏｐｏｌｅ ａｎｔｅｎｎａｓ［Ｊ］．ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ ｏｎ Ａｎｔｅｎｎａ ａｎｄ Ｐｒｏｐａ－ｇ
ａｔｉｏｎ，１９９８，４６（２）：２９４－２９５．［３］ Ｌｉａｎｇ Ｊｉａｎｘｉｎ，Ｃｈｉａｕ Ｃ Ｃ，Ｃｈｅｎ Ｘｉａｏｄｏｎｇ，ｅｔ ａｌ．Ｓｔｕｄｙ
ｏｆ ａｐｒｉｎｔｅｄ ｃｉｒｃｌｅ ｄｉｓｃ ｍｏｎｏｐｏｌｅ ａｎｔｅｎｎａ ｆｏｒ ＵＷＢ ｓｙｓｔｅｍ［Ｊ］．ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ ｏｎ Ａｎｔｅｎｎａ ａｎｄ Ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ，２００５，５３（１１）：３５００－３５０４．
［４］ 陈 瑾，傅 光，吴广德，
等．开槽结构椭圆超宽带平面天线设计与研究［Ｊ］．微波学报，２０１０，２６（２）：１１－１４．［５］ Ａｒｃｈｅｖａｐａｎｉｃｈ Ｔ，Ｊｅａｒａｐ
ｒａｄｉｔｋｕｌ Ｐ，Ｐｕｎｔｈｅｅｒａｎｕｒａｋ Ｓ，ｅｔａｌ．ＣＰＷ－ｆｅｄ ｓｌｏｔ ａｎｔｅｎｎａ ｗｉｔｈ ｉｎｓｅｔ Ｌ－ｓｔｒｉｐ ｔｕｎｉｎｇ ｓｔｕｂ ｆｏｒｕｌｔｒａ－ｗｉｄｅｂａｎｄ［Ｃ］／／ＳＩＣＥ Ａｎｎｕａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ，２００８：３３９６－３３９９．
［６］ Ｌｅｅ Ｓ Ｈ，Ｐａｒｋ Ｊ Ｋ，Ｌｅｅ Ｊ Ｎ．Ａ ｎｏｖｅｌ ＣＰＷ－ｆｅｄ ｕｌｔｒａｗｉｄｅ－
ｂａｎｄ ａｎｔｅｎｎａ ｄｅｓｉｇｎ［Ｊ］．Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ ａｎｄ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏ－ｇｙ
Ｌｅｔｔｅｒｓ，２００５，４４（５）：３９３－３９６．［７］ Ｇａｏ Ｙｕａｎ，Ｏｏｉ Ｂ Ｌ，Ｐｏｐ
ｏｖ Ａ Ｐ．Ｂａｎｄ－ｎｏｔｃｈ ｕｌｔｒａ－ｗｉｄｅ－ｂａｎｄ ｒｉｎｇ－ｍｏｎｏｐｏｌｅ ａｎｔｅｎｎａ［Ｊ］．Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ ａｎｄ ＯｐｔｉｃａｌＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
Ｌｅｔｔｅｒｓ，２００６，４８（１）：１２５－１２６．［８］ Ｚｈａｎｇ
Ｊｉｎｐｉｎｇ，Ｘｕ Ｙｕｎｓｈｅｎｇ，Ｗａｎｇ Ｗｅｉｄｏｎｇ．Ｍｉｃｒｏｓｔｒｉｐ－ｆｅｄ ｓｅｍｉ－ｅｌｌｉｐｔｉｃａｌ ｄｉｐｏｌｅ ａｎｔｅｎｎａｓ ｆｏｒ ｕｌｔｒａｗｉｄｅｂａｎｄ ｃｏｍ－ｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ［Ｊ］．ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ ｏｎ Ａｎｔｅｎｎａ ａｎｄ Ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ，２００８，５６（１）：２４１－２４４．
［９］ Ｃｈｏ Ｙ Ｊ，Ｋｉｍ Ｋ Ｈ，Ｃｈｏｉ Ｄ Ｈ，ｅｔ ａｌ．Ａ ｍｉｎｉａｔｕｒｅ ＵＷＢ ｐ
ｌａ－ｎａｒ ｍｏｎｏｐｏｌｅ ａｎｔｅｎｎａ ｗｉｔｈ ５－ＧＨｚ ｂａｎｄ－ｒｅｊｅｃｔｉｏｎ ｆｉｌｔｅｒ ａｎｄｔｈｅ ｔｉｍｅ－ｄｏｍａｉｎ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ［Ｊ］．ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ ｏｎ Ａｎｔｅｎ－ｎａ ａｎｄ Ｐｒｏｐａｇ
ａｔｉｏｎ，２００６，５４（５）：１４５３－１４６０．［１０］ Ｈｕａｎｇ
Ｃｈｉｙｕ，Ｈｓｉａ Ｗ Ｃ．Ｐｌａｎａｒ ｕｌｔｒａ－ｗｉｄｅｂａｎｄ ａｎｔｅｎｎａｗｉｔｈ ａ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｎｏｔｃｈ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ［Ｊ］．Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ ａｎｄＯｐｔｉｃａｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
Ｌｅｔｔｅｒｓ，２００７，４９（２）：３１６－３２０．［１１］ Ｐｅｎｇ
Ｌｉｎ，Ｒｕａｎ Ｃｈｅｎｇｌｉ，Ｙｉｎ Ｘｕｎｃａｉ．Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｔｈｅｓｍａｌｌ ｓｌｏｔ－ｌｏａｄｅｄ ｅｌｌｉｐｔｉｃａｌ ｐａｔｃｈ ａｎｔｅｎｎａ ｗｉｔｈ ａ ｂａｎｄ－ｎｏｔ－ｃｈｅｄ ｆｏｒ ＵＷＢ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ［Ｊ］．Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ ａｎｄ ＯｐｔｉｃａｌＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
Ｌｅｔｔｅｒｓ，２００９，５１（４）：９７３－９７６．［１２］ Ｈｏｎｇ Ｃｈｏｎｇｙｕ，Ｌｉｎｇ
Ｃ Ｗ，Ｔａｒｎ Ｉ Ｙ，ｅｔ ａｌ．Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ａｐ
ｌａｎａｒ ｕｌｔｒａｗｉｄｅｂａｎｄ ａｎｔｅｎｎａ ｗｉｔｈ ａ ｎｅｗ ｂａｎｄ－ｎｏｔｃｈｓｔｒｕｃｔｕｒｅ［Ｊ］．ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ ｏｎ Ａｎｔｅｎｎａ ａｎｄ Ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ，２００７，５５（１２）：３３９１－３３９７．
［１３］ Ｔｈｏｍａｓ Ｋ Ｇ，Ｓｒｅｅｎｉｖａｓａｎ Ｍ．Ａ ｓｉｍｐ
ｌｅ ｕｌｔｒａｗｉｄｅｂａｎｄｐｌａｎａｒ ｒｅｃｔａｎｇｕｌａｒ ｐｒｉｎｔｅｄ ａｎｔｅｎｎａ ｗｉｔｈ ｂａｎｄ ｄｉｓｐｅｎｓａｔｉｏｎ［Ｊ］．ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ ｏｎ Ａｎｔｅｎｎａ ａｎｄ Ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ，２０１０，５８（１）：２７－３４．
［１４］ Ｆａｎｇ Ｄ Ｇ．Ａｎｔｅｎｎａ ｔｈｅｏｒｙ ａｎｄ ｍｉｃｒｏｓｔｒｉｐ
ａｎｔｅｎｎａｓ［Ｍ］．Ｂｅｉｊｉｎｇ
：Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｐｒｅｓｓ，２００６：１３６．（责任编辑 何晓雄）
３
０１１ 第７期胡 伟，等：一种采用Ｔ形缝的超宽带陷波天线
超宽带天线的研究与设计
超宽带天线的研究与设计 李庆娅李晰唐鸿燊 摘要：本文设计了一款差分微带超宽带天线，通过改变馈线和尺寸和接地板上缝隙的半径,优化了天线的性能，所实现的天线带宽为11.5 GHz，且有较好的辐射特性。在此基础上，通过在两贴片上对称地开槽，得到了在5 GHz处有陷波特性的超宽带天线。 关键词：超宽带天线；差分天线；带阻特性 Research and Design of Ultra-wideband Microstrip Antenna Li Qing-Ya, Li Xi, Tang Hong-Shen Abstract: In this paper, a differential microstrip ultra-wideband antenna is designed. It is optimized by changing dimensions of feeding line and radius of slot in the ground. The simulated and measured results show that the frequency bands of antenna is 11.5 GHz. Also, it has good radiation characteristics. Based on this, by etching the slot in the patch symmetrically, the ultra-wideband antenna with band-notch characteristics at 5 GHz is achieved. Key word s: Ultra-wideband antenna; differential antenna; band-notch characteristics 1 引言 近几年,随着超宽带(UWB)通信技术的快速发展，对应用于短距离无线通信系统中的天线提出了更高的要求，不仅要求天线尺寸小、剖面低、价格便宜，易于加工并可集成到无线电设备内部，同时，还要求天线阻抗带宽足够宽，以便覆盖整个UWB频段。美国联邦通信委员会(FCC)规定UWB信号的频段为3.1 GHz-10.6 GHz。这个通信频段中还存在划分给其他通信系统的频段，如5.15 GHz到5.35 GHz的IEEE802.11a 和5.75 GHz到5.85 GHz的Hiper-LAN/2。 在接地板上开缝是实现超宽带天线的方法之一，常见的缝隙形状如倒锥形[1]、矩形、半圆形、梯形[2]等。文献[2]中仿真优化并制作了一个小型化超宽带微带天线，在整个工作频段2.15-13.47 GHz内，该天线的回波损耗均在-10 dB以下，增益基本稳定在3~6 dB之间，并具有比较稳定的辐射特性。在超宽带天线的基础上通过在辐射贴片上开槽实现带阻特性，槽的形状有L形[3]、矩形[4]、E形[5]等，文献[5]提出了一种新型的具有双阻带特性的超宽带天线，制作出实物并验证了天线的超宽带和陷波特性，即在中心频率3.75 GHz和5.5 GHz附近的频带范围内具有良好的陷波特性。 本文首先设计了超宽带天线，研究了天线的回波损耗S11和辐射特性与天线环形接地板尺寸的关系，改善了天线的带宽。在此基础上，通过改变贴片和微带线的尺寸。并利用折合形开槽技术在贴片上开槽，有效实现阻带。 2 天线设计 本文设计天线结构如图1所示。图1(a)中天线的辐射贴片，位于介质基板的上表面，图1(b)是刻蚀了圆形缝隙的地，位于介质基板的下表面；天线采用介质为RogerS RT/duroid 6006，相对介电常数为6.15，厚为0.5mm的介质基板，尺寸为29.6 mm×33.6 mm；馈电部分为50欧的微带线。
一款结构简单的双陷波超宽带天线
电子器件 Chinese Journal of Electron Devices 第39卷第5期2016年10月 Vol 39No.5Oct.2016 A Ultra -Wideband Antenna with Simple Structure and Two Notched Bands * WANG Shanjin *，LEI Ruiting ，LIU Huazhu ，CHEN Qiong ，LI Xiuping ，YANG Jie （School of Electronic Engineering ，Dongguan University of Technology ，Dongguan Guangdong 523808，China ） Abstract ：A coplanar waveguide -fed ultra -wideband antenna is presented.The antenna is simulated using HFSS.Two notched bands of the antenna in WLAN （5.15GHz~5.825GHz ）and satellite communication of ITU （8.025GHz~8.4GHz ）are achieved by etching U -shaped slotlines on the radiator patch and the fed microstrip conductors line.The antenna is implemented on one substrate with relative permittivity 4.4，the whole size of the antenna is on? ly 22mm×28mm×0.8mm and easy to be integrated with other circuits.There are basic agreements between the simulated and measured results.Key words ：HFSS ；coplanar waveguide （CPW ）；ultra -wideband （UWB ）antenna ；notch band EEACC ：5270 doi ：10.3969/j.issn.1005-9490.2016.05.006 一款结构简单的双陷波超宽带天线 * 王善进*，雷瑞庭，刘华珠，陈琼，李秀平，杨 杰 （东莞理工学院电子工程学院，广东东莞523808） 摘要：利用仿真软件HFSS 设计了一款共面波导馈电的超宽带（UWB ）天线。采用开槽的方法实现了天线在WLAN （5.15 GHz~5.825GHz ）和ITU 卫星通信（8.025GHz~8.4GHz ）频段的陷波特性。在介电常数为4.4的FR4介质基板上制作了天线，天线尺寸仅为22mm×28mm×0.8mm ，易于与其它电路集成。实测和仿真结果吻合较好。 关键词：HFSS ；共面波导；超宽带天线；陷波中图分类号：TN822.8 文献标识码：A 文章编号：1005-9490（2016）05-1048-04这些年来，超宽带无线通信由于其独特的技术优势，引发了相关领域的持续研究热潮，技术层面由此不断取得长足的进步。天线作为无线通信系统的关键器件，毫无例外地得到了众多研究者的关注，各种结构的超宽带天线伴随着国内外研究工作的推进相继问世。这些天线大都是平面结构，馈电一般采用微带或共面波导模式。这类天线尺寸小、剖面低，易于与其它有源电路集成。 我们知道，在超宽带通信的3.1GHz~10.6GHz 频段内已经存在着Wlan （5.15GHz~5.825GHz ）以及卫星通信（8.025GHz~8.4GHz ）等其它的无线窄带信号频段，超宽带通信系统与这些窄带通信系统之间可能发生的相互串扰将影响到它们的正常工作。所以，在超宽带无线通信系统中研究如何滤除这些无线窄带通信杂波的工作，无疑对这些通信系统之间的频段合理规划及通信性能的提高，具有重 要的现实意义。 在超宽带天线的工作频段内嵌入阻带（陷波）的方法是解决上述窄带信号干扰的基本思路之一［1-8］。显然可以在通信系统的天馈端增加相应的滤波器，实现窄带干扰信号的滤除，但这种方法的代价是系统体积的增大，甚至整体性能的恶化，同时陡峭滤波特性滤波器的设计也非易事，因此目前较为可行的方法是在天线结构上做工作。包括：（1）加载枝节 该方法通过在天线的辐射单元或者 馈线的合适位置加载不同形状和长度的金属枝节，利用该枝节的电容效应，实现所需频段信号的抑制，常见于微带或共面波导馈电的印刷单极子天线；（2）开槽 在天线的辐射单元上开出不同形状 和长度的槽线，通过对槽线的几何尺寸进行优化设计，实现干扰信号的频段抑制。（3）耦合单元在天 线辐射单元或馈线单元附近加载一定形状和大小 ———————————— 项目来源：广东省科技计划项目（2013B010401040）收稿日期：2015-11-07 修改日期：2015-12-04 万方数据
基于特征模式的超宽带陷波天线设计
基于特征模式的超宽带陷波天线设计 Eigen Mode Analysis in Design of Band-notched UWB Antenna 查华侯建强 (西安电子科技大学微波研究所、西安、710071) 摘要: 本文利用FEKO软件设计了一款工作在0.2GHz到3GHz的带有双窄带抑制功能的超宽带陷波天线，并从特征模式对天线的陷波特性进行了分析。首先使用FEKO软件建立了单极子天线模型，对其进行特征模式分析。然后通过加载枝节引入陷波结构，利用特征模理论解释了其阻带抑制特性。最后基于本文研究，设计了一款工作在0.2GHz到3GHz超宽带双陷波天线，该天线采用印刷单极子形式，通过在辐射贴片上开槽以及在馈线处加载枝节，从而在特定的频率（900MHz和1575MHz）内实现窄带抑制特性。仿真结果表明，除了特定阻带频率，天线在整个工作频带范围内驻波都小于2。仿真结果与表明了该天线良好的应用前景。 关键词:FEKO 超宽带特征模式陷波 Abstract: In this paper, a dual-notched antenna worked in 0.2GHz to 3GHz is designed by FEKO software, the notch characteristics of the antenna are analyzed by eigen mode theory. Firstly, a monopole antenna model is established by using FEKO software, and the eigen mode of the model are analyzed. Then through side loading to obtain band-notched characteristic, and using the characteristic mode theory, the characteristics of the inhibition of the stop band are explained. Finally, based on this research, an UWB dual band-notched antenna work in 0.2GHz to 3GHz is designed. The antenna is formed of printed monopole, by means of slot embedding and side loading to achieve narrow band suppression in specific frequency (1575MHz and 900MHz).The simulation results show that, in addition to the specific frequency band, the antenna VSWR is less than 2 in the whole working band. The simulation results show that the antenna has good application prospect. Key words: FEKO，UWB，eigen mode，band-notched 1 引言
一种超宽带天线的设计与研究毕业设计论文
摘要 超宽带天线广泛应用于如电视、调频广播、遥测技术、宇航和卫星通信等领域中。尤其是近年来兴起的超宽带无线通信技术，使此类天线成为当今通信领域的研究焦点。 本文设计并研究了两种类型的超宽带天线，一种是带两个对称臂的矩形平面单极子天线，另一种是弯折结构的平面单极子天线。 所研究的第一种天线实现了在工作频率范围内回波损耗都在-10dB以下，基本满足了超宽带通信的要求，天线的工作频带是 2.7-9GHz。回波损耗与频率的关系曲线产生两个低峰值，特别适合于双频带通信使用。文中研究了通过改变切口尺寸、介质损耗对低峰值频率位置的影响关系，还讨论了端口大小对仿真准确度的影响，得到系列结论。 所研究的第二种天线实现了真正意义上超宽带天线，天线结构简单，易于构建，小尺寸、低剖面，能够在回波损耗小于-10dB条件下有效地工作在2.8~9.5GHz的频率范围。 天线采用热转印法自制了实验模型，并通过矢量网络分析仪测量了回波损耗与频率的关系曲线，测量结果与仿真结构基本吻合。 两种天线的研究还包含了增益和方向图等，从而对天线性能进行了全面分析。 关键词: 超宽带天线；单极子天线；有限元法；电磁仿真；热转印法
Abstract UWB antenna is widely used in television, FM radio, telemetry, aerospace and satellite communications fields. In particular, with the rise of ultra-wideband wireless communications technology in recent years, making such antennas become the focus of communication research field. This paper studies two types of ultra-wideband antenna, one is a symmetric planar monopole antenna with two symmetrical rectangular incision, the other is bent planar monopole antenna structure. The first designed antenna can satisfy the demand of UWB communication that the Return Loss of the antenna in the scope of working frequency, which is between 2.7-9GHz, is below -10dB. Return loss vs. frequency curves generated two low peaks, which is particularly suitable for dual-band communications. A study of the incision by changing the size of the low dielectric loss peak frequency position of the relationship between port size also discussed the impact on simulation accuracy, get series conclusion. The study of the second antenna to achieve a truly ultra-wideband antenna, the antenna structure is simple, easy to build, small size, low profile, can be less than-10dB return loss under the conditions of effective work in the 2.8 ~ 9.5GHz frequency range. Antenna made by heat transfer method of the experimental model, and vector network analyzer by measuring the return loss versus frequency curve, the measurement results and simulation of structure of the basic agreement. thermal transfer printing technology The study also includes two antenna gain and pattern, etc., and thus a comprehensive analysis of antenna performance. Key words: UWB antenna; monopole antenna; finite element method; electromagnetic simulation
超宽带天线设计与研究详解
超宽带天线的研究与设计 中文摘要 近几年来，超宽带天线的研究已经成为热潮。本文的思想也是研究小型化超宽带平板天线，让其在生活中的硬件设计产品中满足超宽带天线的技术需要。因为超宽带天线在WiMAX和WLAN的窄带系统和装载切口天线设计结构上产生的影响。实现WiMAX和WLAN频带的双凹槽在超宽带天线结构设计。在设计过程中主要是使用HFSS软件进行天线结构的仿真优化。主要利用了HFSS软件仿真和天线结构的优化设计过程。我们针对其超宽带天线的性能参数，相应的提升平面单极子天线的基础研究。传统平面单极子天线与狭槽，狭槽装载方法的横截面，提出了几种平面单极子天线从频域和时域研究，从而从单极子天线的相关性能参数出发，研究平面单极子天线在频率范围为3.1GHZ-11GHZ，使超宽带天线能够达到市场对硬件方面的应用需求。 关键词：平面单极子天线；超宽带；HFSS仿真 I
Research and design of ultra-wideband antenna Abstract In recent years, the research of ultra-wideband antenna has become a boom. Thought of this paper is to study ultra-wideband planar antenna miniaturization, let the life in the hardware design of the product satisfy the need of ultra-wideband antenna. Because of ultra-wideband antenna in WLAN and WiMAX narrowband systems and the impact loading of incision on the antenna design. Both WiMAX and WLAN band grooves in the ultra-wideband antenna structure design. In the design process is mainly using HFSS software for simulation of antenna structure optimization. Mainly using HFSS software simulation and optimization of the antenna structure design process. We according to the performance of ultra-wideband antenna parameters, the corresponding increase of planar monopole antenna of basic research. Traditional planar monopole antenna and the slot, slot loading method of cross section, and puts forward several planar monopole antenna from frequency domain and time domain research, thus starting from the related performance parameters of monopole antenna, the planar monopole antenna in the frequency range of 3.1 GHZ - 11 GHZ, the ultra-wideband antenna can meet the market demand for hardware applications. Key words: Planar monopole antenna; Ultra-Wideband; HFSS simulation 目录 I
超宽带天线设计及其阵列研究概要
超宽带天线设计及其阵列研究 超宽带(UWB)技术是目前短距离高速无线通信系统实现的有力竞争方案,天线作为超宽带系统的关键部件,其性能好坏会直接影响通信质量。本文研究的内容主要是设计出可用于3.1～10.6GHz超宽带无线通信的超宽带天线,同时对超宽带天线阵的时域特性进行基本的研究。本文首先提炼出了衡量超宽带天线性能的参数,总结了超宽带天线时域特性研究的两种方法:频域传输函数法和时域直接测量法。在此基础上,设计和研究满足通信要求的超宽带天线。本文的主要贡献如下:在天线设计方面,将传统火山烟雾形天线的立体结构转化为平面结构,设计和研究了印刷火山烟雾形(volcano smoke)平面单极子超宽带天线;采用开槽、地板上加“L形”枝节以及加寄生单元三种方法,对微带馈电圆缝隙超宽带天线进行阻带特性的设计;改进了微带馈电圆缝隙超宽带天线的阻抗带宽,扩展了天线的应用范围;针对U形臂双面印刷偶极子超宽带天线的结构,在天线上加入“L形”枝节设计阻带特性取得较好效果。本文中采用电磁仿真软件CST 仿真和实验相结合的方法对天线进行设计和研究,除了研究天线的阻抗带宽、方向图和增益等基本参数外,还对天线的传输函数和时域特性进行研究,以探讨天线在超宽带系统中应用的特殊要求。在超宽带天线阵列的研究方面,从理论上建立了超宽带天线阵时域基本模型,提出了天线阵要实现指定波束指向设计时的一个重要参数,即总时延。研究了均匀直线阵和均匀圆形阵在等幅同相馈电时的时域特性,为实际中超宽带天线阵的设计提供理论指导。本文设计的超宽带天线均采用平面印刷结构,天线的体积小、易于和系统集成。本文所做工作,对丰富超宽带天线理论和技术有重要的意义。 【关键词相关文档搜索】：无线电物理; 超宽带天线; 单极子; 火山烟雾形 天线; 圆缝隙天线; 阻带特性; 时域特性; 偶极子; 天线阵 【作者相关信息搜索】：兰州大学;无线电物理;张金生;高国平;
基于hfss的超宽带天线的仿真设计
基于hfss的超宽带天线的仿真设计基于HFSS的超宽带天线的仿真设计 学生姓名: 学号: 学院(系): 2014年06月 基于HFSS的超宽带天线的仿真设计摘要:超宽带通信技术以其高速率、抗多径效应和低成本等一般窄带系统无法比拟的优势成为最具竞争力和发展前景的技术之一。作为系统的重要组成部分，超宽带天线的设计引起了越来越多的关注。与传统的宽带天线相比，超宽带天线的设计更具有挑战性，这是由于天线除了需要具有超宽的工作频带(3.1GHz-10.6GHz)，还要能够保持尺寸的紧凑,价格的低廉,并且易于与平面大规模电路集成。同时，由于在超宽带频段中还存在着一些窄带通信系统是使用的频段，因此，这就要求尽量避免潜在的电磁干扰。本文主要基于HFSS仿真及分析超带宽天线。 关键词:HFSS 超宽带天线电磁干扰 1、超宽带天线的特点以及研究背景 无论是军事通信还是民用通信都对天线的宽频性提出了更高的要求，特别是UWB通信中，要求天线的带宽达3.1GHz-10.6GHz。在超宽带天线的应用中，要求天线具有尺寸小，便于集成等特性。因此，设计出能够与射频通信电路集成的平面微带天线就成为本文的主要研究目标。此外，在FCC规定的3.1GHz-10.6GHz频段中，还存在的IEEE 802.16 Wimax系统(3.3GHz-3.6GHz)、C波段卫星通信系统(3.7GHz-4.2GHz)、IEEE 802.11bWLAN/HIPERLAN系统(5.15GHz-5.825GHz)。因此，如何解决这些已经存在的系统与UWB 频段的电磁兼容问题，是本文研究的一
个重中之重。超宽带天线因为其频带特别宽，容易受到频带范围内其它窄带信号的干扰，如果窄带信号的所在的固定频率已知，那么可以用射频滤波技术来滤除这些干扰信号。假如一个超宽带接收机，同时兼有高功率的窄带系统，高功率的窄带信号就会对超宽带接收机的信号进行干扰。有时候希望把超宽带天线和具有高灵敏度的窄带接收机结合在一起，这样在一定环境里，超宽带系统就容易受到窄带接收机的干扰。有一些情况下，希望超宽带系统对需要的某个或几个窄带信号不灵敏，还有的情况就是想要滤除掉频带中的干扰信号。 在军事领域中，为了实现保密通信和清除干扰，多频段、多功能电台和宽带跳频电台被广泛的应用。跳频速率越来越高，跳频的范围也越来越广，原有的窄带天线己无法满足要求。另外，狭小的空间内分布多副天线，相互之间的干扰较为严重，并且影响通信质量。为了解决上述矛盾，最有效的解决办法就是研制高性能、宽频带、小型化天线，以减少载体上天线的数目。 在民用通信系统中，无线通信作为当今信息化社会的主要技术手段而显得尤为重要。信道容量不断扩充、传输速率不断提高、服务方式也日渐灵活。与此相对应的是通信设备日趋宽带化，台站设施也由最初的点对点或一点对多点发展到移动和全球漫游。天线作为移动通信系统的发射和接收部件，其宽带化的研究显然有着重要的现实意义。 2、天线的重要参数 2.1 辐射方向图 辐射方向图f (θ ,? ):以天线为中心，辐射功率密度随角坐标变化的特性。定向的单波束或者多波束用于点对点通信或者一点对多点通信;全向(在一个指定平面内有均匀辐射特性)波束用于广播电视等场合;赋形主波束用于卫星通信和电视覆盖特定区域的情况。在某一特定频率点上，天线的远区辐射场可以表示为: ,jkreE，，，，rkf,,,,,,,, (2-1) r