一种小型超宽带微带天线
图 5 介电常数为 4． 4 和 2． 55 时 S11 的比较结果
图 6 所示为天线采用介电常数为 4． 4 的板材， 厚度分别为 1． 1mm 、0． 95mm 和 0． 85mm 时的回波 损耗的比较，从图中可看出不同的板材厚度对天线 高低端性能会产生不同的影响。
图 7 天线实物图
图 6 厚度为 1． 1mm 、0． 95mm 和 0． 85mm 时 S11 的比较结果
图 2 馈线背面开窗和没开窗的 S11 的比较结果
果，从图中可以看出，在整个工作频带内天线的平均 增益在 4dB 以上，只有在低端有几个频段的增益在 4dB 以下，但是也基本都在 3dB 以上。图 4 所示为 天线在 3． 4GHz、7． 17GHz、10． 8GHz 这 3 个频点的 辐射方向图。从图中可以看出，在整个频带范围内 天线都能保持比较稳定的辐射方向。
2 仿真结果
利用 CST 软件对这种小型化超宽带微带天线 进行了性能仿真和优化。经过优化仿真得到一个带 宽在 2． 15 ～ 13． 47GHz 范围内回波损耗均在 － 10dB 以下的小型化 UBW 微带天线。
图 2 所示为在天线尺寸完全相同的情况下馈线 背面开窗和没开窗情况下回波损耗的仿真结果比 较。从图 2 可以看出，馈线背面有开窗口的情况比 没有开窗口的情况，在 2． 15 ～ 13． 47GHz 频带范围 内回波损耗更好，特别是随着频率越来越高效果也 越明显，因此可以得出，在馈线底面开窗口能较好地 改善天线在高频段的回波损耗特性，天线能得到更 宽的频带。
小于 2； 增益基本稳定在 3 ～ 6dB 之间； 并且该天线
具有比较稳 定 的 辐 射 特 性。 与 文 献［10］中 带 宽 为
126% （ 2． 4 ～ 10．ห้องสมุดไป่ตู้6GHz） 的天线相比，有更小的尺寸
和更大的介电常数，同时获得了更宽的带宽。由于
所设计天线的尺寸比较小，因此比较容易集成。所
以该天线是一种性能较好并且具有实用价值的小型
试，测试和理论仿真 S11 的比较结果如图 8 所示。从 中可以看出，在整个频段范围内反射特性与仿真计 算结果基本吻合。在仿真优化过程中发现馈线背面 窗口的位置和大小以及辐射单元与缺陷地之间的相 对位置这几个因素对天线性能影响很大。由于本天 线实物是通过腐蚀加工而成，精度比较差，馈线背面 窗口的位置和尺寸以及辐射单元和缺陷地之间的相 对位置都存在误差，所以测试结果和仿真结果不能 非常吻合。
图 1 天线结构图
在微带贴片的不同位置开不同形状的窗口可以 等效成引入阻抗匹配元件，因此在接地板的适当位 置处开窗口可改变微带天线的辐射条件和阻抗特 性，并能展宽频带。辐射单元的渐变结构能影响贴 片上的电流分布，能够调节天线的特性阻抗和辐射 特性。这都会对天线的带宽和面积产生影响，如果 选择合适的尺寸可以达到最优效果。
Key words： ultra-wideband，small size，microstrip antenna，DGS
引言
随着现代通讯系统的飞速发展，通信设备的体 积不断减小，通信频带不断向宽频带、高频段发展， 对通信设备提出了越来越高的要求，推动了作为通 信系统中的关键部件天线的小型化和宽带化的发 展。2002 年 FCC 将 3． 1 ～ 10． 6GHz 频段划归为超 宽带（ UWB） 的民用频段［1］。UWB 天线是超宽带通 信的关键部件之一。超宽带天线在电气指标上需要 满足输入端反射特性、辐射方向图和增益等指标。
本文通过对一种缺陷地类型的超宽带微带天 线［10］进行仿真研究得出，除了在辐射单元下面采用 缺陷地结构外，如果在馈电部位也采用缺陷地结构， 不 仅能使得天线的带宽加宽，而且还可以使天线的
* 收稿日期： 2011-01-08； 修回日期： 2011-03-27 基金项目： 国家自然科学基金（ 60673143） ，浙江省科技计划（ 2006C21020） 项目
化超宽带微带天线。
（ 下转第 92 页）
92
微波学报
2011 年 4 月
有用的结论。影响介质耦合窗的热应力、机械应力 的主要因素分别是所加热溶液和微波输入功率、腔 体内压和介质耦合窗的厚度。不同条件下介质耦合 窗的主要作用应力也不相同。所以，对于高温高压 微波化学反应，当反应溶液、容器内压和输入功率不 同时，介质耦合窗口上的热应力和机械应力也不尽 相同，主要作用力当然就不相同，这时需要对这两个 力重新进行分析比较．
微带天线是一种用微带贴片作为辐射单元的天 线，由于其结构简单、体积小、重量轻、易于集成等优
点，得到了广泛的应用。由于其频带窄的缺点限制 了微带天线的发展［2-4］，近年来微带天线的小型化和 宽带技术越来越受到大家的重视［5-6］。目前国内外 采用的小型化技术有： 采用高介电常数或高磁导率 的特殊材料基片（ 如 LTCC） 、改变电流路径、天线加 载、附加有源网络等方法 。 ［1-6，8-9］ 宽 带 化 技 术 有 渐 变结构、增大基板厚度、降低基板的相对介电常数、 引入寄生元等方法［2，4-6，11-12］。
天线实物图如图 7 所示，其中（ a） 为天线的正 反面，（ b） 为馈线背面窗口的细节图。最后做了测
图 8 反射特性的测量结果和仿真结果比较
4 结论
文中仿真优化并制作了一个小型化超宽带微带
天线，在整个宽带工作频段 2． 15 ～ 13． 47GHz 内，该
天线的回波损耗均在 － 10dB 以下； 电压驻波系数都
所以根据实际情况可以选择合适的介电常数和 合适厚度的板材，天线可以达到所需的带宽和比较 好的性能，同时可以根据实际情况进一步对天线的 尺寸进行优化以达到更好的性能，以适应不同情况 下的特殊要求。
3 实验结果
根据前面的仿真结果，最后进行了实物制作，实 物所采用的是用介电常数为 4． 4、厚度为 0． 95mm 的 FR4 板材。经过仿真优化后确定了天线的最佳 尺寸，如 图 1 所 示，整 个 天 线 的 尺 寸 为 50mm × 40mm，其中 W = 50mm，L = 40mm，r1 = 20mm，r2 = 1 0 mm ，l0 = 2 mm ，w0 = 1 mm ，l1 = 23 ． 6 mm ，w1 = 4． 1mm，l2 = 34mm，w2 = 5mm，l3 = 3mm，w3 = 25mm， l4 = 10mm，w4 = 5mm，l5 = 17mm，w5 = 5mm，w6 = 14． 935mm。
关键词： 超宽带，小型化，微带天线，缺陷地结构
A Small Size Ultra-wideband Microstrip Antenna
GUAN Bo-ran，CAO Jian-wei （ Institute of Antenna and Microwave Technology，Hangzhou Dianzi University，Hangzhou 310018，China）
摘 要： 给出了一种小型化超宽带微带天线，该天线采用微带线对半圆形和矩形组成的阶梯状辐射单元进行 馈电，基板背面为相似形缺陷地结构窗口。天线参数采用电磁仿真软件 CST 进行仿真和优化。所设计的小型化超 宽带微带天线相对带宽达 144． 9% （ 2． 15 ～ 13． 47GHz） ，带内回波损耗均在 － 10dB 以下，整个工作频段内天线的增 益平均在 4dB 以上，天线的辐射方向图形状在频带内基本保持不变。该天线具有结构紧凑和形状简单的特点，易于 加工和集成。最终实际制作了天线样品，并进行了测试，实测数据与仿真结果吻合良好。实验结果表明该微带天线 具有良好的小型化和超宽带特性。
图 5 所示为天线在形状和尺寸完全相同时，采用 介电常数分别为 4． 4 和 2． 55 的基板时回波损耗的比 较。在仿真计算结果中，采用介电常数为 2． 55 的板
62
微波学报
2011 年 4 月
材时，当 频 率 接 近 20GHz 的 时 候，S11 仍 然 是 在 － 10dB 以下。因此中可以得出，如果采用介电常数小 的板材，天线能得到更宽的带宽，虽然低端的频率稍 微有些增大，但是高端的频率却有了很大的提高。
图 3 所示为馈线背面开窗时的天线增益仿真结
图 3 增益图
图 4 辐射方向图
从图 2 和图 3 可以看出，馈电背面开窗口的天 线在带宽和阻抗特性上都满足了 UWB 通 信 的 要 求，并且天线还有较高而且稳定的增益，同时还将截 止频率扩展到了 13． 74GHz。从图 4 可以看出天线 在整个工作带宽内的辐射方向图基本保持不变，这 进一步满足了 UWB 通信要求。
第 27 卷第 2 期 2011 年 4 月
微波学报
JOURNAL OF MICROWAVES
文章编号： 1005-6122（ 2011） 02-0060-03
一种小型超宽带微带天线*
Vol． 27 No． 2 Apr． 2011
官伯然 曹建伟
（ 杭州电子科技大学天线与微波技术研究所，杭州 310018）
第 27 卷第 2 期
官伯然等： 一种小型超宽带微带天线
61
尺寸减小。本文采用 CST 软件，通过对影响天线特 性阻抗和辐射性能的参数进行优化仿真，最后确定 天线最佳尺寸，制作了实物并且加以测试，最终得到 一种性能更好的小型化超宽带微带天线。
1 天线结构
天线结构如图 1 所示，天线的正面是由半圆形 和矩形组成的阶梯状辐射单元，并且用 50Ω 的微带 线进行馈电，如图 1（ a） 所示。在天线背面的地板上 开了两个窗口，一个是在辐射单元背面开的与天线 辐射单元形状相似的比较大的窗口，另一个是在馈 电线背面开一个小的矩形窗口，如图 1（ b） 所示。
对于高温高压微波化学反应器，当微波输入功 率较大时，介质耦合窗上会产生较大的热应力； 当腔 体内压较大时，窗口上的机械应力也很大； 但当窗口 上的机械应力过大时，可以通过增加窗体厚度来减 小这个力。
Abstract： A compact ultra-wideband microstrip antenna is presented in the paper． The radiating element of this antenna is made up of semicircle plane and rectangle planes，which are fed by microstrip line． The same window of Defected Ground Structre （ DGS） is etched on the back of the microstrip antenna． The performance of the antenna is simulated and optimized by CST． The simulate result shows that the relative bandwidth of the designed antenna is over 144． 9% （ 2． 15 ～ 13． 47GHz） ，and the return loss is less than － 10dB． The average gain is over 4dB in the operating range． The radiation pattern is remained almost same type in the operating range． In addition to small size and simple shapes，the antenna is also easier to be fabricated and integrated． Finally，a sample antenna is fabricated and the performance is tested． The measured result shows a good agreement with the simulated one． The experimental results show that the microstrip antenna has the advantages of small size and UWB characteristic．
一种小型半U型缝折叠超宽带微带天线
ｓ ｈ ｏ ｗ ｔ ｈ ａ ｔ ｈｅ ｔ ａ ｎ ｔ ｅ ｎ ｎ ａ ｈ ａ ｓ ｉ ｍｐ ｅ ｄ ａ ｎ ｃ ｅ ｂ ａ ｎ ｄ ｗｉ ｄ ｔ ｈ ｏ ｆ ３ ９． ３％ ． ｓ ｔ ａ ｂｌ ｅ ｒ ａ ｄ ｉ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｐ ａ ｔ ｔ ｅ ｎｓ ｒ ａ ｎｄ ａ ｖ ｅ ｒ ａ ｇ ｅ ｇ ａ ｉ ｎ ｏ ｆ ４． ３ ｄ Ｂ．Ｔ ｈ ｅ ｎｔ ａ ｅ ｎ ｎ ａ ｍｏ ｄ ｅ ｌ ｈ ｓ ａ ｂ ｅ ｅ ｎ ｆ ａ ｂ ｉ ｒ ｃ ａ ｔ ｅ ｄ ａ ｎ ｄ ｍｅ ｓｕ ａ ｒ ｅ ｄ ｂ ｙ ｖ ｅ ｃ ｔ ｏ ｒ ｎ ｅ ｔ ｗｏ ｒ ｋ ｎａ ａ ｌ ｙ ｚ ｅ ｒ Ｅ５ ０７ １ Ｃ．Ｔ ｈ ｅ ｍｅ ａ —
ｒ ｝ １ ｉ ｓ ｐ ａ ｔ ｃ ｈ ａ ｎ ｔ ｅ ｎ ｎ ａ ｗｉ ｔ ｈ ｓ ｈ ｏ ｔｉ ｒ ｎ ｇ ｗａ ｌ ｌ ｉ ｓ ｃ ｕ ｔ ａ ｈ， ， ｄ ｆ Ｕ － ｓ ｌ ｏ ｔ ｎｄ ａ ｐ ａ ｒ ｔ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｐ ａ ｔ ｃ ｈ ｉ ｓ ｆ ｏ ｌ ｄ ｅ ｄ ｔ ｏ ｈｅ ｔ ｇ ｒ ｏ ｕ ｎ ｄ ｐ ｌ ａ ｎ ｅ． Ｉ １ １ ｅ ｐ ｒ ｏ ｐ ｏ ｓ ｅ ｄ ｓ ｍａ ｌ ｌ ｎｔ ａ ｅ ｎ ｎａ ｈ ａ ｓ ＵＷＢ ｃ ｈ ａ ｒ ａ ｃ ｔ ｅ ｉｓ ｒ ｔ ｉ ｃ ｗｉ ｈ ｔ ｓ ｉ ｚ ｅ ｏ ｆ １ ８ １ １ １ １ １ １×７． ５ Ｉ Ｉ Ｉ Ｉ Ｔ Ｉ ×７ １ ３ １ １ １ １ ，ｉ ｔ ｉ Ｓ ａ ｂ ｏ ｕ ｔ ０． ２ ３２， × ０． １ ０ ２ ×０． ０ ９ ２ ， ｗｈ ｅ ｒ ｅ ｉ Ｓ ｔ ｈ ｅ ｗａ ｖ ｅ ｌ ｅ ｎ ｇ ｔ ｈ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｌ ｏ ｗｅ ｓ ｔ ｗｏ ｒ ｋ ｉ ｎ ｇ ｆ ｒ ｅ ｑ ｕ ｅ ｎ ｃ ｙ ｉ ｎ ｍｅ ｄ ｉ ｕ ｍ ．Ｔ ｈ ｅ ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｅ ｄ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｓ
小型化宽带化微带天线
小型化宽带化微带天线首先，我们来了解小型化宽带化微带天线的定义。
微带天线是一种由导体和介质基板组成的二维天线，具有体积小、重量轻、易于制作等优点。
而小型化宽带化微带天线则是指天线的尺寸和带宽都得到了一定程度的缩小和拓宽。
通过采用先进的材料和技术，微带天线可以实现更高的性能和更低的成本，成为无线通信领域的理想选择。
接下来，我们将详细阐述小型化宽带化微带天线的特点。
首先，它具有高度集成性，可以方便地与其他通信组件集成在一起，组成尺寸更小的通信系统。
其次，它具有较宽的带宽，可以实现高速数据传输。
此外，它还具有多频段工作的能力，可以在多个频段内实现通信。
最后，它还具有可定制性，可以根据不同的应用场景定制不同的天线结构，满足各种不同的需求。
然而，小型化宽带化微带天线也存在一些缺点。
首先，由于其尺寸的限制，其方向性和增益可能不如传统天线。
其次，由于其结构较为复杂，设计和制作需要较高的精度和成本。
此外，由于其工作频率较高，传输距离可能受到一定的限制。
尽管存在这些缺点，小型化宽带化微带天线的优点仍然使其具有广泛的应用前景。
例如，在无线通信系统中，它可以用于基站、卫星通信、无人机通信等领域。
此外，在物联网、智能家居、车载通信等新兴领域，它也有着广泛的应用前景。
综上所述，小型化宽带化微带天线具有许多优点和缺点，其应用场景也十分广泛。
随着技术的不断进步和发展，我们相信未来小型化宽带化微带天线将会在更多领域得到应用，并且在无线通信领域发挥越来越重要的作用。
在此，我们也提出一些建议和看法。
首先，需要进一步加强小型化宽带化微带天线的研究力度，提高其性能和降低其成本。
其次，需要研究更加有效的天线设计和制作方法，以满足不同场景的需求。
此外，也需要更加注重天线与其他通信组件的兼容性和互操作性，以实现整个通信系统的优化。
总之，小型化宽带化微带天线是一项具有挑战性和前景的研究领域。
通过不断的探索和研究，我们有信心克服其存在的缺点，充分发挥其优点，推动无线通信技术的持续发展。
一种微型化超宽频微带天线的设计
一种微型化超宽频微带天线的设计余文胜摘要：本论文介绍了一种新型微型化超宽频微带天线，由于现代科学通讯技术的不断进步，为了配合日渐微缩的通讯设备，天线的微型化成为设计主流。
现代通信要求能够通讯复杂的多媒体信息，传统2.4GHz通信频段已不能满足现有要求，于是超高频通信应运而生。
微带天线是由导体薄片粘贴在背面有导体接地板的介质基质上形成的天线，具有许多新的优势。
关键词: 微型化；超宽频；微带天线；HFSSAbstract:This paper introduces a new type of miniaturized ultra wide band microstrip antenna, due to the continuous progress of modern science and technology communication, in order to meet the increasingly miniaturized communications equipment, miniaturization of antenna design has become the mainstream. Modern communication requirements of multimedia information and communication can be complex, the traditional 2.4GHz communication frequency can not meet the current requirements.Key words: Miniaturized;Ultra frequency band;Microstrip antenna;HFSS1.引言1940年代到1960年代，为了满足通信系统的传输要求，人们开始研究天线宽带匹配网络来实现宽带要求。
期间，Lindenblad 提出了共轴喇叭天线，Schelkunoff提出了球形偶极子天线，P.S.Carter提出了双圆锥天线。
一种新型小型宽带微带天线的设计
微带 天线 因 其体 积 小 ， 面低 ， 剖 易集 成 ， 价低 造
文 中利 用 基 于 有 限积 分 法 的 软 件 Ｃ Ｔ作 为 仿 Ｓ
真软 件 ， 于 简 单 矩 形 微 带 贴 片 天 线 为 载 体 ， 基 对 ２ ４ Ｈｚ ． Ｇ 频段 天线 进行 了研 究 ， 计 了一种 结 构 新 颖 设 的微 带 天线 ． 天线采 用 了在 辐射 贴片 上刻 槽 ， 增 该 再
ｔｎ ｒ ｎ ｏ ｅ ａｔ ｎ ｉｎ． Ｔｈ ｒ ｆ ｒ ａｎｅ ｔｐｅ ｏ ｎ ｅ ｎ ｅ ｎ２． ｉ ｇ ｍｏ ｅ ａ ｄ ｍ ｒ ｔｅ ｔ ｏ ｅ ｅｏ ｅ， ｗ ｙ ｆａ ｔ ｎ ａ ｕｓ ｄ ｉ ４ ＧＨｚｆｅ ｅ ｃ ａ ｄ ｉ ｒ ｐ ｓ ｄ． Ｔｈ ｑｕ ｎ ｙ ｂ ｎ ｓｐ ｏ ｏ ｅ ｒ ｅ ａ ｔ ｎ ａ ｉ ｏ ａ ｔａ ａ ｅ ｅ ｓｌ ｍ ｂ ｄ ｅ ｎ ｗｉｅｅ ｓｃ ｍｍｕｎ ｃ ｔ ｎ ｄ ｖ ｃ ｓ，ａ ｄ ｉ ｈ ｓｇ ｏ ｒ ｃｉ ａ ｌｔ ． ｎ ｅ ｎ ｓｃ ｍｐ ｃ ｎｄ ｃ ｎ ｂ ａ ｉｙ ｅ ｅ ｄ ｄ ｉ ｒ ｌｓ ｏ ｉａ ｉ ｅ ｉｅ ｏ ｎ ｔ ａ ｏ ｄ ｐ ａ ｔｃ ｂｉ ｙ ｉ Ｉ ｏ ｄ ｈ ａ ｒ ｗ ａ ｎ ｏ ｅｒ ｓ ｎ ｎ ｅ ｕ ｔ ｎ ｔ ａ ｉ ｔｏ ａｃ ｆｔ ｅ ｒ ｃａ ｇ ｌｒｍｉ ｒ ｓｒｐ ａ ｔｎｎ ｔｌ ａ ｓｔ ｅ ｎ ｒｏ ｇ ｐ ａ ｄ ｓ ｍ ｅ ｏ ａ ｃ ｎｉ ｏ ｈｅｒ ｄ ａ ｉｎ ｐ ｔ ｈ ｏ ｈ ｅ ｔ ｎ ｕ ａ ｃ ｏ ｔｉ ｎ ｅ ａ，ｕ ｉ ｇ ｓ ｓｎ
ｂ ｎ ｗｄｈｉ ８ ５ ＭＨ ２０ ０ ～ ９ ｚ ｒｔｒ ｓ １ｓ ｔａ 一 Ｂ） ａ ｄｔｅｒｄａ ｏ ａｔ ｎ ｈ ｗ ｇｏ ａ ｄ ｉห้องสมุดไป่ตู้ ８ ｚ（ １ ｔ ｓ ２８ ９ ＭＨ ， ｅｕｎｌ ｓ ｅｓ ｈ ｎ１ ｄ ， ｎ ａ ｉ ｉｎｐ ｔ ｒｓｓｏ ｏｄ ｏ ０ ｈ ｔ ｅ
一种小型化平面超宽带天线[实用新型专利]
![一种小型化平面超宽带天线[实用新型专利]](https://360docs-1393072327.cos.ap-beijing.myqcloud.com/9a249f81a98271fe900ef91d.webp)
专利名称：一种小型化平面超宽带天线专利类型：实用新型专利
发明人：曾文波,赵嘉,吴其琦,潘绍明申请号：CN201120425634.3
申请日：20111101
公开号：CN202352833U
公开日：
20120725
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本实用新型小型化平面超宽带天线，涉及一种天线，该超宽带天线包括介质基板，介质基板的一面设置有由一条特征阻抗为50欧姆的微带线和直接连接于微带线一端的环形贴片构成的馈电结构，介质基板的另一面刻蚀形成六边形缝隙，六边形缝隙周缘的金属层构成微带线的地板。
本实用新型具有整体结构简单，制造成本低，易于推广应用的优点。
申请人：广西工学院
地址：545006 广西壮族自治区柳州市城中区东环路268号
国籍：CN
代理机构：柳州市荣久专利商标事务所(普通合伙)
代理人：梁春芬
更多信息请下载全文后查看。