超宽带天线的设计原理与结构

超宽带天线的设计原理与结构

近年来，随着无线通讯产品的普及，超宽带技术的发展，人们对天线的带宽提出了越来越高的要求。自2002年，联邦通讯委员会（FCC）通过决议允许把3．1-10．6 GHz频段应用于商业领域，具有高数据传输率、低成本、低功耗和抗干扰能力强的UWB通信系统得到了迅速发展。应用于UWB通信系统终端的天线必须具有如下特点：如线性的相位响应，全向的辐射方向图，平稳的增益。因此，超宽带天线的设计成为了UWB系统的主要挑战之一。平面印制天线，如矩形，圆形，椭圆形，蝶形单极子，偶极子等，具有宽频带、低色散、低损耗、低剖面、重量轻、易于制作、价格低廉等优点，已广泛应用于UWB通信系统。而采用CPW馈电的平面印制天线具有易于和有源、无源器件的串并连接，易于MMIC的集成化，有利于阻抗匹配和提高增益。然而这个频段包括了无线局域网（WLAN）5．2 GHz和5．8 GHz的工作频段，为了避免与无线局域网之间的干扰，就需要具有在5～6 GHz的频带内加入带阻特性。因此，具有带阻特性的UWB天线受到了广泛的关注研究。

文中提出了一种结构简单的，新型共面波导馈电的具有带阻特性的平面单极子超宽带天线。该天线是在辐射单元上开矩形宽缝隙，然后加入一个矩形微带调谐支节，从而获得良好的带阻特性。通过仿真，研究了天线的工作特性，结果表明，该天线的工作频带为2．49～14．53 GHz，其中5～6 GHz频带内具有很好的带阻特性。同时在整个工作频带内具有良好的全向辐射方向图，因而具有一定的使用价值。

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1．2 天线阻带特性的设计

由于贴片电流主要集中在靠近接地板的下半部分，为了获得带阻特性，通过仿真软件参数分析优化发现，在距离辐射贴片底边1 mm处开宽矩形缝隙并且加入调谐支节，调谐支节与辐射单元周围的间距为0．5 mm，并通过宽度为1 mm的微带线相连接。矩形调谐支节的长度为Ls，宽度为Ws。其基本原理就是在天线结构里引入需要抑制频率的“LC谐振回路”，通过改变微带支节的长度和宽度，相当于改变了构成回路的LC值，从而影响了需要抑制的中心频率和相应的阻带频带宽度。文中通过软件仿真，验证了这种结构的合理性，即相当于引入了相应频率上的带阻滤波器，使得该中心频率上天线的阻抗特性变差。

超宽带天线

超宽带天线是在常规的窄带天线基础上发展起来的，其主要研究内容是探索频带宽度极大地扩展之后给天线带来的新理论、新技术和新方法。

天线是任何无线电系统必不可少的组件。它的功能是辐射或者接收无线电波。它把被导电磁波转变为自由空间的无线电波（在发射系统中），或者做相反的变换（在接收系统中），从而在任意两点之间实现无线电信号的传递。天线的发明使得电磁频谱成为人类最大的可重复使用的自然资源之一。随着社会的进步，科学技术的发展，无线电频谱不断地得到开拓，无线电系统的带宽也不断地扩展，促进了二十世纪末一门新的学科—超宽带电磁学的诞生。超宽带电磁学指出，时域电磁波也是人类非常重要的自然资源，而且是尚待开发、非常宝贵的自然资源。

天线理论与技术已经有了很长的发展历史，无数的学者研制出了能满足各种无线电系统要求的天线。无论无线电如何发展，天线都是不可替代的。超宽带无线电系统要求超宽带天线来完成超宽带被导电磁波和自由空间无线电波之间的转变工作。超宽带天线与常规的窄带天线在辐射原理上并没有本质区别。