具有阻帶特性的超寬帶天線及其陣列研究.pdf

1、自從FCC在2002年將3.1GHz～10.6GHz規(guī)定為民用頻段后，作為最熱門話題之一的超寬帶技術成為了國內(nèi)外的研究重點，而超寬帶天線作為超寬帶通信系統(tǒng)的重要組成部件，得到了廣泛關注。超寬帶天線的主要技術指標包括在頻帶內(nèi)阻抗匹配、具有高且穩(wěn)定的輻射效率、具有穩(wěn)定的相位中心和穩(wěn)定的增益，同時，為了避免與現(xiàn)有其他通信頻段產(chǎn)生干擾，如無線局域網(wǎng)(5.15 GHz～5.35GHz、5.725 GHz～5.825 GHz)、WiMAX(3.3

2、GHz～3.6 GHz)和C波段通信系統(tǒng)(3.7 GHz～4.2 GHz)，要求超寬帶天線最好具有陷波特性。
　　本文主要針對目前國內(nèi)外超寬帶天線存在的問題，根據(jù)超寬帶天線的設計要求，綜合運用縫隙加載等技術手段設計了三個系列多款小型化超寬帶天線，并做出天線樣品，進行了實測。
　　考慮到螃蟹鉗的形狀有一定的不規(guī)則形，鉗上有缺口和突起，通過調(diào)整缺口和突起以及接地板等參數(shù)可以增大天線等效輻射表面從而拓展帶寬，改善天線的性能，除此之

3、外，蟹鉗形狀也易于遞歸形成自相似的系列子元構成超寬帶原形。我們首先設計了一款螃蟹鉗形的超寬帶天線，由仿真結果可看出該天線的E面和H面的方向圖都呈飽滿的“8”字型，證明該天線具有較好的全向輻射特性，通過加載U型縫隙和SRR開口諧振環(huán)的手段實現(xiàn)了3.28 GHz～3.60 GHz、5.25GHz～5.45 GHz、5.74 GHz～5.84 GHz三個頻段內(nèi)的阻帶特性，適用于須精準抑制Wimax和無線局域網(wǎng)系統(tǒng)頻段的超寬帶通信中。同時對天線

4、的等效電路進行了分析，并通過將U型縫隙變換成等長度的Koch分形曲線縫隙進行分析，得出Koch分形曲線縫隙可大大節(jié)省空間，非常適合結構較緊湊的天線實現(xiàn)陷波功能的結論。
　　針對目前對具有圓極化特性的超寬帶天線研究貧乏的現(xiàn)象，第二個系列的超寬帶天線以甲蟲須的形狀作為輻射貼片的參考模型，采用共面波導饋電，接地板從四周壞繞輻射貼片，通過在接地板的對角位置添加一對倒L型金屬貼片，形成了兩個幅度相等、相位差90°的正交簡并模，從而實現(xiàn)圓極化

5、特性。此款天線帶寬性能非常好，阻抗帶寬可達3.29 GHz～19.68 GHz，相對帶寬達142.7％，且具有全向輻射特性;同時針對其時域特性，分別采用了“邊對邊”和“面對面”的方式，采用時域脈沖信號激勵，進行了時域上的測試分析，實驗證明兩種測試方式的群時延均小于3 ns，具有良好的時域特性;隨后，通過在接地板上添加C型縫隙，實現(xiàn)了3.70 GHz～4.23 GHz頻段內(nèi)的阻帶特性，適用于惡劣環(huán)境下需精準抑制C波段通信系統(tǒng)頻段的超寬帶通

6、信。
　　之后，采用耦合饋電方式，設計了一款結構簡單的六邊形超寬帶天線，并通過在饋線上加載對稱枝節(jié)，對天線進行改進，使天線絕對帶寬增加了1.05 GHz，相對帶寬拓展了13.3％。并以此為天線單元對超寬帶天線的組陣方式進行了探討，首先只針對中心頻點設計了一款三節(jié)Wilkinson超寬頻功分器，并與天線單元組成了一款二元超寬帶天線陣和一款2×2四元超寬帶天線陣，經(jīng)過仿真和對比，指出了該種方法設計的超寬頻Wilkinson功分器的不足