宋威

摘 要：文章提出了一种小尺寸具有三陷波特性的超宽带天线。所设计天线的基本结构有50 Ω馈电线，对称梯形加矩形辐射贴片和凹字形地板。天线的尺寸为28 mm×24 mm×1.524 mm。HFSS仿真结果表明：该天线在3.1～12 GHz频段内回波损耗小于﹣10 dB，电压驻波比小于2，在3.3～3.8 GHz，5～6.1 Hz，7.9～8.8 GHz 3个频段内具有陷波特性，分别有效抑制了WiMAX系统、WLAN系统和ITU对于UWB系统的干扰，且具有良好的辐射方向特性。

关键词：小尺寸；三陷波；UWB天线

美国联邦通信委员会（Federal Communications Commission，FCC）在2002年通过了允许将超宽带（Ultra Wide Band，UWB）技术划分了3.1～10.6 GHz 的工作频带，用于民用通信的规范，使得UWB技术成为了研究热点，并且得到迅速发展[1]。UWB技术是一种具有抗干扰性能强，传输带宽宽，发送功率小，传输速率高等优点的通信技术。但是由于通信技术的发展，通信协议增多，频谱资源日益紧张。例如UWB通信频段内还存在如WiMax（3.3～3.8 GHz），WLAN（5.125～5.825 GHz），ITU（7.9～8.7 GHz）。为了解决以上问题，通常是设计具有陷波特性的UWB天线。

近年来，已有多种技术实现陷波特性的UWB天线被设计出来[2-10]。如在天线辐射体上蚀刻各种形状的缝隙或者槽线以及缺陷地等结构来获得所需頻段上的陷波。例如，天线尺寸大，没有实现小型化，集成难度大；结构复杂，给天线制作带来了一定困难。

本文针对这些不足之处，设计出了一种三陷波天线。结构简单，尺寸仅有28 mm×24 mm×1.524 mm。此天线通过U型缝隙，C型缝隙以及一对U型旁支结构实现三陷波特性。

1 天线的结构与设计

天线印刷在相对介电常数为3.55和厚度为1.524 mm的RO4003TM的介质板上，并通过3.5 mm×12 mm的50 Ω的微带线进行馈电。一个3.5 mm×1.5 mm的矩形凹槽被刻蚀在地板上，在天线贴片上添加一个U型缝隙，一个C型缝隙以及在馈电线两边各添加一个U型旁支结构，从而实现天线的三陷波特性，同时为了获得好的阻抗匹配特性，对接地板的形状和尺寸进行了优化设计。根据缝经验公式（1），c为光速，l为槽的长度，εr为基板的相对介电常数。根据这所计算的结果只能作为估计值，为了得到更好的结果，需要通过HFSS进行参数优化与设计。

（1）

最终通过HFSS参数优化设计，得到天线优化参数如下：L=28 mm，L1=9.5 mm，L2=1.5 mm，L3=16 mm，L4=6 mm，L5=3.1 mm，L6=6.9 mm，L7=1.4 mm，L8=2 mm，L9=2.4 mm，W=24 mm，W1=3.5 mm，W2=16.2 mm，W3=3.6 mm，W4=11 mm，W5=6 mm，W6=4.2 mm，a1=0.9 mm，a2=0.2 mm，a3=0.3 mm。

2 仿真结果与分析

天线的带宽为3.1～12 GHz，但在3.3～3.8 GHz，5～6.1 GHz，7.9～8.8 GHz的频段内的回波损耗大于﹣10 dB，分别有效抑制了WiMAX系统，WLAN系统和ITU信号对于UWB系干扰，符合三陷波特性。天波回波损耗如图1所示。

天线的电压驻波比（Voltage Standing Wave Ratio，VSWR），在3.1～12 GHz的频段内，有3个阻带，分别是3.3～3.8 GHz，5～6.1 GHz，7.9～8.8 GHz，其余频段都保持VSWR小于2，满足了UWB频段范围和三陷波频段要求。

天线H面辐射方向图都为椭圆形，具有全向辐射特性，在高频略微有点畸变。天线E面辐射方向图都为“8”字形，在各个频段表现较为一致。总的来说，满足UWB频段的通信要求。

3 结语

文中提出一种小尺寸三陷波超宽带天线，天线的整体尺寸为28 mm×24 mm×1.524 mm，结构简单，易于加工制作和系统集成。在矩形加等边梯形的辐射贴片上通过刻蚀U型缝隙，C型缝隙以及增加一对U型旁支结构实现在3.3～3.8 GHz，5～6.1 GHz，7.9～8.8 GHz 3个频段上的陷波特性，分别有效抑制了WiMAX系统，WLAN系统和ITU信号对于UWB系统的干扰。该天线在整个工作频段具有辐射特性级增益，符合UWB通信要求，具有很好的研究前景。

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