具有WiMAX陷波特性的超宽带天线设计
一种具有双陷波特性单极子超宽带天线的设计
一种具有双陷波特性单极子超宽带天线的设计张勇【摘要】提出了一种基于C/U形槽、具有双陷波特性的平面超宽带单极子印制天线.其天线的组成部分包括椭圆球拍形辐射贴片、微带馈电线和矩形地板.通过在球拍形辐射贴片蚀刻C形槽、馈电线蚀刻U形槽的方法,使天线在WiMAX (3.3～3.7 GHz)和WLAN (5.15～5.825 GHz)频段内具有双陷波性能.仿真和测量结果表明,这种新型天线在通频带(2.5～10.6 GHz)内电压驻波比小于2,在2.9～3.9 GHz和4.9～6.0 GHz两个频段内电压驻波比大于5,阻带的频率可通过蚀刻槽的长、宽来调节.该天线的测试结果与仿真结果吻合良好,且尺寸小巧、结构简单、成本低,可应用于超宽带通信系统.【期刊名称】《微型机与应用》【年(卷),期】2016(035)002【总页数】5页(P28-31,38)【关键词】超宽带天线;双陷波;单板子天线;阻带【作者】张勇【作者单位】广东工业大学物理与光电工程学院,广东广州 510006【正文语种】中文【中图分类】TN86随着高速无线传输技术的发展，特别是美国联邦通信委员会(Federal Communications Committee)在2002年宣布将3.1～10.6 GHz的通信频段划归为超宽带(Ultra-Wideband)商业频段[1]，超宽带天线作为UWB系统的重要组成部分，因其具有极宽的频带、良好的全辐射特性、成本低等优点逐渐成为近年来研究的热点[2]。
但是,随着智能手机和平板电脑等一系列智能移动终端的不断研究和普及，无线局域网(Wireless-Local-Area-Network, WLAN)的应用也越来越广泛[3]，其频段(5.15～5.825 GHz)正被超宽带天线的工作频段所覆盖；同时全球微波互联接入(Worldwide Interoperability for Microwave Access，WiMAX,频段为3.4～3.6 GHz)[4]也在UWB天线的频带范围内。
一种具有双陷波特性的微带馈电的超宽带天线详解
一种具有双陷波特性的微带馈电的超宽带天线详解
20世纪90年代，超宽带技术已经应用于军事领域。
随着短距离无线通信的发展，2002年美国联邦通信委员会划分3.1～10.6 GHz频段用于商用的超宽带通信系统，从此uWB技术进入了高速发展时期。
由于在超宽带的频率范围与现有的无线通信系统频率相重叠如：WIMAX （3.4～3.6GHz）、WIAN（2.4～2.484 GHz，5.15～5.35GHz，5.725～5.825 GHz）、HIPERLAN/2（5.15～5.35 GHz，5.47～5.725 GHz）等。
为了避免超宽带通信系统中的其他频段的相互干扰，具有陷波特性的超宽带天线得到了广泛的设计与研究。
近年来，天线工程师开始将谐振结构直接蚀刻在超宽带天线的辐射贴片上或贴片周围，使天线在干扰频段内具有陷波特性。
通常使用的陷波结构为“C”或“U”形缝隙或金属条带。
然而很多设计不仅结构复杂而且大部分只是单陷
波特性。
本文提出了一种具有双陷波特性的微带馈电的超宽带天线。
通过在锥形辐射贴片上腐蚀两个锥形缝隙，可以使天线在3.5 GHz和5.5 GHz获得陷波特性。
测试结果表明天线电压驻波比小于2的阻抗带宽是2.56～10.61 GHz，并。
具有带陷功能的超宽带微带天线设计(全文)
具有带陷功能的超宽带微带天线设计(全文)引言UWB天线与传统的窄带天线相比有很多新的特点。
信号源产生一定形状的短脉冲并将其馈入超宽带天线，天线要将脉冲信号无失真地辐射出去，因为频域内任何一个频点的失真都会使得接收到的信号脉冲产生不同程度的失真。
所以，UWB天线的特征有别于一般的微带天线。
此外，FCC规定民用UWB的-10dB带宽范围为3.1~10.6GHz，在此频段内天线的增益、波瓣方向图、驻波比等参数应在允许的波动范围内。
对于UWB天线的设计，虽然与普通的微带天线的设计方法有所不通过，但是宽带化和小型化的理论是通用的。
文献[3-4]通过将贴片单元集成天线阵列，从而达到拓展带宽的目的，但是很显然，阵列结构会占据很大的空间，对于高要求的终端设备这种设计达不到要求。
由于UWB天线的超宽带特性，为了避免与传统窄带间的干扰，故而又产生了一些特殊的带陷要求。
近年来，人们试图从时域、频域、空间编码等各个方面寻求方法来以解决它们之间的干扰问题。
具体来讲，所采取的主要措施有脉冲波形设计、平滑PSD、窄带干扰抑制算法等。
但是这些方法，大都是通过设计脉冲波形或者接收机装置来回避UWB与其它窄带通信的干扰，这样的方案最终实现起来是比较复杂的。
另外一种常用并且比较简单的方法是采用陷波设计，如文献[5]就采用这种方法设计了一种蝶形天线。
但是这种方案会给系统造成额外的开销，因此对于小系统来讲也不是最理想的。
最直接的方法就是在超宽带天线上增添附加的结构直接实现带陷功能。
本文将应用这种方法设计认知无线电射频前端的超宽带天线。
所以，本文设计的天线既实现了宽带和带陷的功能，而且还满足了人们对新型天线的平面化，小型化，且易于加工的要求。
下面我们以平面单极天线为基础来设计所需的天线。
UWB天线的设计平面单极天线的大小主要是由频带低端值决定的，对于规则平面辐射言，要求驻波比不大于2且可以通过简单的圆柱体模型计算天线能够达到的最低频点。
如图1所示，将圆柱体沿母线切开，可得到其实，这个表达式只是一个天线模型的原始理论表达式，天线的最终结构尺寸还要根据所设计的具体结构参数来调整，并加以优化。
陷波可重构的超宽带缝隙天线设计
陷波可重构的超宽带缝隙天线设计陈菁;张骞;马润波;韩丽萍【摘要】A ultra-wideband (UWB) slot antenna with reconfigurable band-notch characteristics is presented in this paper..A hexagonal slot and a tapered-shape microstrip feed-line with a rectangular radiating stub are employed to realize the UWB operation.The band-notch function in WiMAX and WLAN band is obtained by placing an inverted L-shaped parasitic structure beside the feed-line and etching an inverted U-shaped slot on the rectangular stub, respectively.The switches are loaded in the parasitic structure and inverted U-shaped slot, and then the reconfigurable band-notch capability is achieved by changing the combination states of control switches.The overall size of the antenna is 24.5mm×20.5mm.The simulated and measured results show that the antenna can operate in UWB, two single band-notch and a dual band-notch modes.%本文提出一种陷波可重构的超宽带缝隙天线.采用六边形缝隙和带有矩形辐射枝节的渐变微带馈线实现超宽带.通过在馈线旁加载倒L型寄生单元及在矩形枝节刻蚀倒U型缝隙, 天线分别实现WiMAX和WLAN频段的陷波.在寄生单元和倒U型缝隙上加载开关元件, 控制开关的不同组合状态实现陷波可重构.天线的尺寸为24.5mm×20.5mm (0.40λg×0.33λg, λg为低频导波波长) .仿真和测量结果表明:天线可以工作在超宽带、两个单频带陷波、一个双频带陷波4种工作模式.【期刊名称】《测试技术学报》【年(卷),期】2019(033)001【总页数】5页(P43-47)【关键词】陷波;可重构;超宽带;缝隙天线;阻抗带宽【作者】陈菁;张骞;马润波;韩丽萍【作者单位】山西大学物理电子工程学院,山西太原 030006;山西大学物理电子工程学院,山西太原 030006;山西大学物理电子工程学院,山西太原 030006;山西大学物理电子工程学院,山西太原 030006【正文语种】中文【中图分类】TN823+.240 引言自从美国联邦通信委员会将3.1～10.6 GHz频段规定为民用超宽带频段以来，超宽带技术突破了在军事通信和雷达遥感中的应用局限，成为短距离、高传输速率的商业和民用无线通信系统研究热点. 由于缝隙天线具有阻抗带宽宽、结构简单、易于与其它微波电路相集成等特性，故超宽带缝隙天线成为近年来国内外学者的研究热点[1-2]. 文献[1]采用锥形缝隙改善天线的阻抗匹配，从而实现超宽带；文献[2]通过加载L型枝节产生新的谐振频点来拓展带宽，实现超宽带.超宽带通信系统的工作频段覆盖其它窄带通信系统频段，如WiMAX频段(3.3～3.7 GHz)、C波段(3.7～4.2 GHz)和WLAN频段(5.15～5.825 GHz). 为了抑制这些窄带通信系统与超宽带通信系统间的相互干扰，研究具有陷波特性的超宽带天线迫在眉睫. 文献[3-5]通过加载倒T型枝节、C型枝节、L型枝节实现陷波功能；文献[6-8]通过在辐射枝节刻蚀∏型、倒V型、S型缝隙产生陷波. 为了进一步提高超宽带系统的性能，需要根据实际应用实时改变陷波频段. 近年来，学者们提出了一些陷波可重构超宽带缝隙天线的设计方案. 文献[6]通过在矩形辐射枝节刻蚀倒U 型缝隙，并且在缝隙上加载PIN二极管，通过控制二极管的工作状态实现陷波可调；文献[9]通过加载倒Γ型枝节和矩形开口谐振环实现双陷波特性，在枝节和开口谐振环的适当位置加载PIN二极管，并通过控制二极管的导通和断开状态实现陷波可重构.本文提出一种陷波可重构的超宽带缝隙天线. 为了实现超宽带，天线采用六边形缝隙和带矩形辐射枝节的渐变馈线，通过在馈线旁加载倒L型寄生结构以及在矩形枝节刻蚀倒U型缝隙，天线可分别实现WiMAX频段和WLAN频段的陷波. 通过控制加载在寄生结构和缝隙上的开关元件状态，实现陷波可调，从而使天线工作在超宽带、WiMAX频段陷波、WLAN频段陷波、WiMAX和WLAN频段双陷波4种模式.1 天线设计天线的结构如图 1 所示，介质基板的上表面是带矩形辐射枝节的渐变微带馈线，下表面是刻蚀六边形缝隙的接地板. 馈线旁加载一个倒L型寄生结构实现WiMAX 频段陷波，矩形枝节上刻蚀倒U型缝隙实现WLAN频段陷波. 倒L型寄生结构和U型缝隙上分别加载一个理想开关，通过控制开关的通断可使天线工作在超宽带、两个单频带陷波和一个双频带陷波4种模式. 天线印制在相对介电常数为4.4，厚度为0.8 mm的FR4介质基板上，利用商用电磁软件HFSS进行仿真分析. 优化的参数为：L=24.5 mm, W=20.5 mm, lf=7 mm, wf=1.5 mm, lp=7 mm, wp=7 mm, l1=6 mm, w1=0.55 mm, l2=15.5 mm, w2=8 mm, l3=5.5 mm, w3=1.8 mm, l4=0.5 mm, w4=1.5 mm, lg1=3 mm, wg1=1.75 mm, ls=16 mm, ws=19 mm, l5=2.5 mm, w5=5 mm, lg=6 mm. 仿真中，用铜片的有无模拟开关的导通和断开，天线的工作模式如表 1 所示.图 1 天线结构示意图Fig.1 Configuration of the antenna表 1 天线工作模式Tab.1 Working modes of the antennaS1S2Mode 1offonMode 2ononMode 3offoffMode 4onoff图 2 为天线仿真的反射系数曲线. 从图 2 中可以看出：当开关S1断开、S2导通时(模式1)，天线工作频段为3.1～10.6 GHz，实现了超宽带模式；当开关S1, S2均导通时(模式2)，天线陷波频段为3.3～3.9 GHz，在WiMAX频段具有陷波特性；当开关S1, S2均断开时(模式3)，天线陷波频段为5.0～5.95 GHz，在WLAN频段具有陷波特性；当开关S1导通、S2断开时(模式4)，天线陷波频段为3.3～3.95 GHz和5.1～5.9 GHz，在WiMAX频段和WLAN频段具有陷波特性.图 2 天线反射系数Fig.2 Reflection coefficients of the antenna2 参数分析通过对天线进行敏感性分析，我们发现lp和w1主要影响天线在模式1时的性能，倒L型结构和倒U型缝隙的长度(lstub=l2+w2和lslot=2×l3+2×w3+2×w4)分别是影响天线在模式2和模式3时性能的主要因素. 分析某一参数对天线性能的影响时，其它参数均保持不变. 图 3 和图 4 分别给出模式1情况下lp和w1对天线反射系数的影响. 从图 3 可看出，随着lp的增加，最低频点向上偏移. 从图 4 可看出，采用普通馈线(w1=0 mm)时，天线在4 GHz和8.5 GHz处的阻抗匹配较差，采用渐变馈线能够改善天线的匹配性能，4 GHz和8.5 GHz处的匹配随着w1的增大逐渐变好. 图 5 和图 6 分别给出模式2和模式3情况下lstub和lslot对天线反射系数的影响：随着lstub和lslot的增大，天线陷波频段的中心频率均逐渐变小.图 3 模式1时lp对反射系数的影响Fig.3 Effect of lp on reflection coefficients in mode 1图 4 模式1时w1对反射系数的影响Fig.4 Effect of w1 on reflection coefficients in mode 1图 5 模式2时lstub对反射系数的影响 Fig.5 Effect of lstub on reflection coefficients in mode 2图 6 模式3时lslot对反射系数的影响Fig.6 Effect of lslot on reflection coefficients in mode 33 结果与讨论天线印制在相对介电常数为4.4、厚度为0.8 mm、介质损耗角正切为0.02的FR4介质基板上，图 7 为天线的实物图. 采用Agilent公司N5230A矢量网络分析仪测量天线的反射系数；采用Lab-Volt公司8092型自动天线测量系统测量天线的方向图.图 7 天线实物图Fig.7 Photos of the antenna图 8 为天线测量的反射系数曲线，与图 2 所示仿真结果基本吻合. 测量结果表明：天线可以工作在超宽带、两个单频带陷波和一个双频带陷波4种模式. 模式1时，天线工作频段为3.1～10.6 GHz，可以覆盖整个UWB频段；模式2和3时，天线陷波频段分别为3.25～4.05和5.2～6.13 GHz，分别涵盖WiMAX和WLAN 频段；模式4时，天线陷波频段为3.3～4.12 GHz和5.2～6.1 GHz，涵盖WiMAX和WLAN频段. 仿真和测量结果的差异主要由介质基板介电常数的偏差以及制作误差引起. 图 9 是天线在模式4时测量的归一化辐射方向图. 由图 9 可知：H面方向图基本是全向型，E面的方向图基本呈“8”字型.图 8 测量反射系数Fig.8 Measured reflection coefficients图 9 测量辐射方向图Fig.9 Measured radiation patterns4 结论本文提出一种应用于超宽带通信系统的陷波可重构缝隙天线. 采用六边形缝隙和带矩形辐射枝节的渐变馈线实现超宽带. 通过加载寄生结构、刻蚀缝隙分别实现WiMAX和WLAN频段的陷波，通过控制寄生结构和缝隙上开关元件的工作状态实现陷波可重构. 天线可以工作在超宽带、WiMAX频段陷波、WLAN频段陷波、WiMAX和WLAN频段双陷波4种模式.参考文献：【相关文献】[1]Azim R, Islam M T, Misran N. Compact tapered-shape slot antenna for UWB applications[J]. IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters, 2011, 10(86)：1190-1193.[2]Ojaroudi N, Ghadimi N. UWB small slot antenna with WLAN frequency band-stop function[J]. Electronics Letters, 2013, 49(21)：1317-1318.[3]Kalteh A A, Dadashzadeh G R, Naser-Moghadasi M, et al. Ultra-wideband circular slot antenna with reconfigurable notch band function[J]. IET Microwaves, Antennas & Propagation 2012, 6(1)：108-112.[4]Ojaroudi M, Ojaroudi N. Ultra-wideband small rectangular slot antenna with variable band-stop function[J]. IEEE Transactions on Antennas and Propagation, 2014, 62(1)：490-494.[5]Taheri S M M, Hassani R H, Nezhad S M A. UWB printed slot antenna with bluetooth and dual notch bands[J]. IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters, 2011, 10：255-258.[6]Badamchi B, Nourinia J, Ghobad C, et al. Design of compact reconfigurable ultra-wideband slot antenna with switchable single/dual band notch functions[J]. IET Microwaves, Antennas & Propagation, 2014, 8(8)：541-548.[7]Ojaroudi N, Ojaroudi M. Ultra-wideband slot antenna with a stop-band notch[J]. IET Microwaves, Antennas & Propagation, 2013, 7(1)：831-835.[8]Ojaroudi N, Ojaroudi M, Ebarhimian H. Band-notched UWB microstrip slot antenna with enhanced bandwidth by using a pair of C-Shaped slots[J]. Microwave & Optical Technology Letters, 2012, 54(2)：515-518.[9]Oraizi H, Shahmirzadi N V. Frequency- and time-domain of a novel UWB reconfigurable microstrip slot[J]. IET Microwaves, Antennas & Propagation, 2017, 11(8)：1127-1132.。
一种具有陷波特性的小型超宽带天线设计
∗国家自然科学基金项目(61501277)超宽带(Ultra-Wide Band ,UWB )技术是一种宽频谱超短脉冲的新型无线通信技术,最早应用于军事雷达系统[1]。
2002年美国联邦通信委员会(Federal Communications Commission ,FCC )宣布将3.1~10.6GHz 频段分配给UWB 通信系统之后,UWB 技术由于具有超长的带宽、高效的传输速率以及低功耗等优点,被广泛应用于各种商用通信系统中,而超宽带天线[2]也随之成为天线设计的热点。
但超宽带天线由于覆盖了很宽的频带,其中包含如无线局域网(Wireless Local Area Network熏WLAN ,5.150~5.825GHz )、全球微波互联网络(Worldwide Interoper⁃ability for Microwave Access ,WiMAX ,3.4~3.6GHz )、C 波段卫星通信(3.7~4.2GHz )等无线通信频段[9],这些频段的电磁波会对UWB 天线产生电磁干扰,影响系统的通信质量。
为了抑制这些干扰,可以在超宽带天线的基础上添加一些陷波[3-5]结构,使天线能够滤除上述干扰频段。
所谓天线的“陷波”功能,就是采用某些方法使得天线在特定频段内呈现较大的反射系数以滤除不需要的频段[6]。
目前常用的实现陷波特性的方法有槽线法[7-11]和寄生贴片法[12-16]以及两者相互结合[17],槽线法包括地上开缝隙[7-8]和辐射单元上开缝隙[9-11],寄生贴片法包括馈电层加载耦合金属条[13-14]和地上加载耦合金属条[15-16]。
其中在辐射单元或者接地面上开缝隙是最常用的方法,开缝隙的形状也各式各样,如C 形、U 形、V 形。
本文针对WLAN 5.8GHz 频段设计UWB 陷波天线,是在我们提出的一款UWB 天线[7]基础上,通过重新设计天线结构、优化天线尺寸,获得能够滤除WLAN 5.8GHz 的UWB 陷波天线。
具有可重构特性的陷波超宽带天线设计与研究
中图分类号：TP385
文献标识码：A
文章编号#1000-9787（2019）10-0102-04
Design and research of band-notched UWB anternia
wnrhreconfngurablecharacrernsrncs*
NAN Jingchang, WANG Jiamien, ZHAO Jiuyang, HU Hanqing, YANG Jia
摘 要：提出了一种具有陷波及可重构特性的超宽带天线。天线采用在辐射贴片上引入开口圆环和在馈
线上开倒U形槽的结构实现双陷波特性。采用在陷波结构中加入PIN二极管开关的方法实现陷波可重
构特性，通过切换开关的断开与闭合，分别实现无陷波、单陷波和双陷波特性,进一步提高了超宽带频段的
利用率。天线的体积仅为31 mmx24 mmX1.5 mm,结构紧凑。工作频带为2.8 ~3.2 GHz, 4.0 ~5.0 GHz
(School of Electronics and Information Engineering, Liaoning University of Engineering and Technology,Huludao 125105, China)
Absrracr： A kcnd ooueieawcdeband ( UWB ) aniennawcih band-noiched and eeconocgueabeechaeacieecsiccscs peoposed.Theband-noiched chaeacieecsiccsaeeachceved bycnieoduccngan open ecngon iheeadcaicon paich and an cnveeied u-shaped seoion iheoeed ecne.Bescdes, iheeeconocgueabeeband-noiched chaeacieecsiccsaeeeeaeczed by addcngihePINdcodesswcicheson iheband-noiched sieuciuees.Byconieoecngiheswcicheson beeak and ceose, ioggecngamongnoband-noiched, scngeeband-noiched and duaeBand-Noiched eespecicveey, whcch geeaieycmpeoves the utilization of ultra wideband frequency band. The antenna has a compact velume of 31 mm X24 mm X1. 5 mm. The working frequency band of the antenna are 2. 8 ~3. 2 GHz,4. 0 ~5. 0 GHz and 6. 0 ~12 GHz,it realizes band-
一种具有陷波特性的小型化超宽带天线概要
一种具有陷波特性的小型化超宽带天线
摘要：设计一种具有陷波特性的小型化超宽带印刷天线，通过在贴片上添加L型缝隙，在中心频率3.5GHz处，天线的回波特性产生陷波特性。
天线的辐射贴片为梯形结合半圆形结构。
天线的地板增加凹槽和切角，实现良好的阻抗匹配。
该天线具有结构紧凑和形状简单的特点，并且在尺寸上较以往同类型天线有所减小，因此更易于加工和集成。
最终实际制作天线样品，并进行测试，实测数据与仿真结果吻合良好。
通带内天线辐射效果良好，并在在陷波频段达到陷波抑制的效果。
关键词：超宽带天线；陷波；L型缝隙
中图分类号：TP242文献标识码：A文章编号：1671－7597（2012）0320068－01。
具有陷波特性的超宽带印刷天线设计概要
具有陷波特性的超宽带印刷天线设计摘要:设计一种具有陷波特性的超宽带印刷天线,天线采用圆形金属贴片作为辐射单元,采用微带线进行馈电,通过在贴片上开四个对称T形槽来实现陷波功能。
利用仿真软件HFSS 10.0对其进行计算,对天线的阻抗特性、方向图和增益进行了研究。
运算结果表明,该天线在2.26~4.94 GHz和6~11.68 GHz的工作频带范围内电压驻波比(VSWR)小于2;在4.94~6 GHz的阻带范围内具有良好的陷波特性;在阻带中心频率(5.48 GHz)处,电压驻波比高达40。
关键词:超宽带天线; 陷波特性; 印刷天线; 辐射单元中图分类号:TN821文献标识码:A文章编号:1004-373X(2010)08-0127-03Design of Ultra-wideband Printed Antenna with Band-Notched CharacteristicZHOU Feng, QIAN Zu-ping, PENG Chuan(Institute of Communication Engineering, PLA University of Science and Technology, Nanjing 210007, China)Abstract:A ultra-wideband (UWB) printed antenna with notching characteristic is proposed. A circle metal patch fed by a microstrip is taken as a radiation element . The band-notched function is realized by cutting four symmetrical T-shaped slots in the patch. It was studied experimentally for its impedance bandwidth, radiation patterns and gain by using HFSS software. Simulation results showthat within the operation band-width of 2.26 GHz~4.9 GHz and 6.2GHz~11.68 GHz, the voltage stand wave ratio(VSWR) is lower than 2; within the stop band of 4.9 GHz~6.2 GHz it has a good notching characteristic; and at the center frequency(5.48 GHz) of the stop band, the VSWR is up to 40.Keywords:ultra-wideband antenna; band-notched characteqistic; printed antenna;radiation element0 引言超宽带(UWB)天线在无线通信、无线接入、电子对抗等系统中都有着广泛的应用。
一种具有陷波特性的小型超宽带天线设计
一种具有陷波特性的小型超宽带天线设计
刘路路;宗卫华
【期刊名称】《工业控制计算机》
【年(卷),期】2017(030)011
【摘要】为了阻隔无线局域网窄带通信系统对超宽带通信系统的影响,提出了一种具有陷波特性的超宽带天线,天线印刷在0.8mm厚的FR4介质基板上,尺寸为
23×17mm2.天线的辐射单元为圆形和矩形的组合贴片,地面开有两个缝隙分别称为主缝隙和从缝隙,其中主缝隙为矩形与圆形的组合形状,从缝隙为矩形状.天线的馈电线为弯折结构的微带线,与圆形贴片、矩形贴片相连接.利用HFSS软件对天线进行仿真优化,天线带宽为3.2~5.0GHz和6.0~10.6GHz,在5.0~6.0GHz频率范围内实现了陷波特性,滤除了WLAN 5.8GHz频段.
【总页数】3页(P138-140)
【作者】刘路路;宗卫华
【作者单位】青岛大学电子信息学院,山东青岛 266071;青岛大学电子信息学院,山东青岛 266071
【正文语种】中文
【相关文献】
1.一种小型的具有良好陷波特性的超宽带缝隙天线 [J], 叶亮华;褚庆昕
2.一种具有三陷波特性的超宽带印刷天线设计 [J], 袁耿;林嘉扬;李铂
3.一种小型具有双阻带特性的超宽带天线设计 [J], 郭德金;龚书喜;彭超;朱杨;张鹏飞
4.一种具有双陷波特性的超宽带天线设计 [J], 汤恒亮;李继岚;张昕
5.具有可重构特性的陷波超宽带天线设计与研究 [J], 南敬昌; 王加冕; 赵久阳; 胡汗青; 杨洁
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一种双陷波超宽频带天线设计研究
一种双陷波超宽频带天线设计研究摘要:超宽带数据无线通信传输技术被广泛认为已经是目前解决全球无线通信系统数据质量传输速率带宽瓶颈的一个有效解决方法,这是因为它在一个很宽的速率频带上可以传输数据,带宽从3.1-10.6GHz(7.5GHz)。
本文基于应用双陷波高速宽频带专用天线设计相关技术理论,对应用双陷波宽频带专用天线的基本设计技术要求及工作过程原理进行了深入探讨,为天线相关技术领域设计工作开展提供了理论指导。
关键词：带宽；双陷波超宽频带天线；设计；指导1 引言在整个现代化的超宽带无线通信技术系统中,超宽带无线通信系统天线控制技术不仅是重要的组成部分和核心技术也是研究应用领域中的热点。
超宽带速率无线通信系统网络中该系统的最高网络工作宽度速率网络频段几乎完全覆盖了其它的所有在超窄带速率无线通信系统网络中的系统工作速率频段,如3.3~3.6GHz的无线城域网(WiMax)无线频段和5.1~5.9GHz 的无线网络局域网(WLAN)无线频段。
这些射频通信天线系统的大量存在可能会对这些超宽带通信天线的特定工作频率产生一定的电磁干扰。
为了有效抑制这些陷波干扰,可以在目前超宽带天线的技术基础上进行引入一种新型陷波天线结构,使陷波天线技术成为一种具有降低频带陷波阻隔干扰效应的新型陷波宽带天线,因此双通道陷波宽带天线技术具有十分重要的技术研究应用价值。
2 超宽频带技术背景2.1 超宽频带的发展历史超宽带移动通信无线技术是它是一种很好的有发展潜力且切实可行的通信技术,对我国无线通信的进一步深入发展应用具有重要变革性的推动作用。
它的基本概念最早可以追溯到18世纪末期马可尼发明的新式火花炮在间隙使用脉冲发射无线电。
在此之后的几十几百年间,这个重要发明被广泛用来无线电波传输阿尔莫斯码。
窄带铁路通信网络系统本身具有各种易于控制和协调的强大特性,到了1924年,通信界基本抛弃了采用超宽带网络通信的传统技术而重新选择了采用窄带网络通信。
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Journal of Antennas 天线学报, 2015, 4(2), 9-16Published Online June 2015 in Hans. /journal/ja/10.12677/ja.2015.42002Design of UWB Antenna with the WiMAXBand-Notched CharacteristicZhijun Tang*, Zhihao Zeng, Jie Zhan, Zaifang XiSchool of Information and Electrical Engineering, Hunan University of Science and Technology, Xiangtan HunanReceived: Dec. 4th, 2015; accepted: Dec. 19th, 2015; published: Dec. 25th, 2015Copyright © 2015 by authors and Hans Publishers Inc.This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY)./licenses/by/4.0/AbstractConsidering the effects of ultra wideband communication systems on the operation of the other existing wireless communication systems, a kind of UWB antenna with WiMAX notched-band is proposed. The size of the antenna is 0.8 mm × 30 mm × 34 mm. A circular arc shaped T patch is used as the radiating element of the antenna, and a notched band is realized by embedding the L shaped slot on the radiating patch. The simulation results show that the bandwidth of the antenna is 2.9 - 10.8 GHz with the notched band of 3.3 - 3.7 GHz; the average gain of the antenna is about 4.0 dBi; and it has a stable quasi omnidirectional radiation characteristic. The antenna can meet the application requirements of a variety of ultra wideband communication systems.KeywordsUltra-Band Antenna, Notch Characteristic, T-Shaped Patch, L-Shaped Slot具有WiMAX陷波特性的超宽带天线设计唐志军*，曾智豪，詹杰，席在芳湖南科技大学信息与电气工程学院，湖南湘潭收稿日期：2015年12月4日；录用日期：2015年12月19日；发布日期：2015年12月25日*通讯作者。
唐志军等摘要考虑到超宽带通信系统对现有其它无线通信系统运行的影响，设计一种具有WiMAX陷波特性的超宽带天线。
该天线尺寸大小为0.8 mm × 30 mm × 34 mm，采用圆弧状T形贴片作为辐射单元，并通过在该辐射贴片上开L形槽来实现陷波特性。
仿真实验结果表明：天线的带宽为2.9~10.8 GHz，同时具有3.2~3.8 GHz 的陷波，平均增益约为4.0 dBi，并具有稳定的准全向性辐射特性。
该天线能够满足多种超宽带通信系统的应用要求。
关键词超宽带天线，陷波特性，T形贴片，L形槽1. 引言超宽带通信技术(UWB, Ultra-Wide Band)是一种以极低功率谱密度在短距离内高速传输数据的宽带宽无线通信技术。
认定超宽带天线有两种不同的标准：一种定义是1990年由美国国防部先进研究项目署(DARPA)报告提出，指分数带宽超过25%的天线；另一种定义最近由联邦通信委员会(FCC)提出，将25%改为20%。
同时FCC规定3.1 GHz~10.6 GHz之间总共7.5 GHz带宽范围属于UWB使用频段。
超宽带技术具有带宽大、传输速率高、抗干扰性强等优点，因此被广泛应用于通信、雷达和军事等领域[1]-[3]。
作为超宽带通信系统的重要组成部分，超宽带天线这几年受到了越来越多的关注和重视，许多具有不同形状辐射贴片或缝隙的单极子UWB天线相继被提出。
然而，UWB系统的宽频特性将干扰现有其它无线通信系统的运行。
如IEEE WiMAX网络(3.3~3.7 GHz)就工作在UWB频带内。
因此，设计具有陷波特性的UWB天线就显得十分重要。
目前，国内外学者在设计超宽带天线时，为使天线具有陷波特性，采用了多种不同技术来实现目的，例如，可以在天线的结构中附加寄生结构单元贴片[4] [5]，使用分形结构[6] [7]，改变调谐枝节结构[8] [9]，嵌入不同形状大小的槽[10]-[13]等。
其中在辐射贴片或者介质板上嵌入不同形状大小槽的方法应用最为广泛。
嵌入槽结构天线比较容易产生陷波，槽的大小，形状，宽窄等参数皆对产生陷波的性能有直接影响，可以决定产生陷波的频率范围，陷波峰值的大小以及带宽等，然而对整个频带内阻抗匹配影响并不大。
常规槽嵌入方法是使槽口成线性，即槽口宽度很窄，可以改变槽口长度来调节陷波特性，灵活性大大增加。
槽的形状是各式各样的，比如直线形、T形、H形、O形等。
不管槽的形状如何变化，其目的大多是通过改变天线的表面的电流分布来使得陷波具有不同的特性。
基于此，文中设计了一种具有WiMAX陷波的小型微带超宽带天线。
天线的辐射单元采用T形贴片，通过在该T形辐射贴片上嵌入L形槽，使其在窄带WiMAX频段(3.3~3.7 GHz)产生陷波，避免对其产生干扰。
此外，采用微带反馈传输线和局部接地的方法，使得所设计的超宽带天线在较宽的频带内具有良好的阻抗匹配，高增益和准全向辐射特性。
2. 天线结构设计文中所设计的超宽带天线的结构如图1所示。
从图1中可以看出，天线为T形弧状结构，为了缩减天线尺寸，该天线由辐射贴片、介质基板和地平面三层组成，其尺寸为0.8 × 30 × 34 mm3，介质基板采用FR4材料，厚度为0.8 mm，介电常数为4.4。
在介质基板上的一面附着金属片作为辐射贴片，辐射贴片的窄末端与微带线相连进行馈电，使用CST微波工作室进行天线的建模与仿真工作。
计算仿真设置天唐志军等(a) (b)Figure 1. The geometry of the antenna: (a) top view, (b) back view图1. 天线几何结构：(a) 正面，(b) 背面线特征阻抗为50Ω，使天线对传输线系统具有良好的性能匹配。
同时，50Ω是作为标准特性阻抗，是根据空气同轴线中最小衰减条件和最大功率容限条件折衷考虑的，也是大多数射频测试仪器的输入特性阻抗。
介质基板的另一面附着一层矩形的金属片作为接地板，接地板长度为W0，宽度为L1。
根据上文所阐述的设计原理和步骤，使用电磁仿真软件CST微波工作室对天线进行初始化设计，天线的几何结构尺寸参数如图中所示。
图1中天线几何结构主要参数分别为：W0 = 30 mm，W1 = 4 mm，W2 = 11 mm，W3 = 6 mm，W4 = 2.2 mm，L0 = 34 mm，L1 = 12 mm，L2 = 12.8 mm，L3 = 4 mm，R = 11 mm。
通常，判断一个超宽带天线是否有意义，最终取决于它能否与超宽带设备成功地集成在一起。
该文中设计的天线具有较小的体积和较低的剖面尺寸，符合小型天线的设计规范，方便实现该天线与小型超宽带系统的良好性能匹配与集成化设计。
在天线的设计过程中，通常可以通过仿真结果来分析出天线尺寸参数的变化对天线性能指标的影响规律，从而快速有效地对天线结构进行优化，从而更好地完成天线设计，以满足需求。
阻抗匹配是天线的重要参数之一，良好的阻抗匹配可以得到最高的功率传输和效率。
天线匹配的质量通常采用驻波比(VSWR)或回波损耗参数S11来衡量。
驻波比VSWR < 2，S11低于−10 dB左右的情况属于较好的一类。
从现实的意义上来说，第一，现代超宽带天线不需要覆盖尽可能宽的频带，它只要也必须覆盖某种特定的频带即可，从这一点上说，多余的带宽会恶化系统的性能，反而是无效带宽；第二，它与多窄带天线不同的是，在同一时间内，它使用的哪怕不是全部工作带宽也是绝大部分带宽。
通过仿真分析的结果，从图2、图3中可以看出，在满足回波损耗小于−10 dB或VSWR < 2的条件下，该天线的阻抗带宽为2.9~10.8 GHz，该带宽可以覆盖整个FCC规定的UWB频段。
该天线在整个频段内辐射性能良好，不存在无效带宽，具有准全向辐射的特性。
为了使天线的实用性更强，应用性更好，考虑在WiMAX频段内产生陷波，以避免对现有WiMAX唐志军 等系统的影响，增强天线在实际工作中的实用性，下面考虑分析优化改变天线的结构，使之在3.3~3.7 GHz 内产生陷波。
3. 陷波超宽带天线设计与分析为了使该天线具有陷波的特性，在贴片上嵌入L 形槽。
L 形槽的宽度为S ，总长度为L = L s + L d ，L s 为L 形槽的长边，L d 为L 形槽的短边，如图4所示。
该L 形开槽可使天线产生陷波特性。
其中谐振频率可近似由下列公式计算。
12r eff εε+≈(1) notched f = (2) 其中，eff ε为有效介电常数，notched f 为谐振频率，r ε为介质板的介电常数，c 为光速。
L 为折线型结构单元的长度。
通过分别改变L 形开槽位置和长度，可使天线在WiMAX 频段内电压驻波比VSWR > 2 (或S 11 > −10 dB)，在FCC 的其他频段内VSWR < 2(或S 11 < −10 dB)，优化了超宽带天线的特性，实现天线的陷波Figure 2. The return loss of the antenna图2. 天线的回波损耗Figure 3. The VSWR of the antenna图3. 天线的驻波比唐志军等Figure 4. The geometry of the antenna with a slot图4. 开槽后的天线几何结构(正面)特性，以避免对窄带WiMAX系统工作的影响，从而增强了天线的实用性。