具有帶陷功能的超寬帶微帶天線設(shè)計(jì)

　　摘要：UWB天線可以在認(rèn)知無線電射頻前端感知無線頻譜，但由于其寬帶特性，不可避免地會(huì)與傳統(tǒng)的窄帶無線通信產(chǎn)生相互干擾。為了排除干擾，本文設(shè)計(jì)了具有帶陷功能的UWB微帶天線。該天線回波損耗在3.1~10.6GHz范圍內(nèi)滿足小于-10dB且駐波比小于2的要求。通過在輻射貼片上挖槽和在接地板上引入缺陷接地結(jié)構(gòu)，最終天線實(shí)現(xiàn)了3~4GHz和5~6GHz之間的帶陷功能。

　　引言

　　UWB天線與傳統(tǒng)的窄帶天線相比有很多新的特點(diǎn)。信號(hào)源產(chǎn)生一定形狀的短脈沖并將其饋入超寬帶天線，天線要將脈沖信號(hào)無失真地輻射出去，因?yàn)轭l域內(nèi)任何一個(gè)頻點(diǎn)的失真都會(huì)使得接收到的信號(hào)脈沖產(chǎn)生不同程度的失真。所以，UWB天線的特征有別于一般的微帶天線。此外，F(xiàn)CC規(guī)定民用UWB的-10dB帶寬范圍為3.1~10.6GHz，在此頻段內(nèi)天線的增益、波瓣方向圖、駐波比等參數(shù)應(yīng)在允許的波動(dòng)范圍內(nèi)。

　　對(duì)于UWB天線的設(shè)計(jì)，雖然與普通的微帶天線的設(shè)計(jì)方法有所不通過，但是寬帶化和小型化的理論是通用的。文獻(xiàn)通過將貼片單元集成天線陣列，從而達(dá)到拓展帶寬的目的，但是很顯然，陣列結(jié)構(gòu)會(huì)占據(jù)很大的空間，對(duì)于高要求的終端設(shè)備這種設(shè)計(jì)達(dá)不到要求。由于UWB天線的超寬帶特性，為了避免與傳統(tǒng)窄帶間的干擾，故而又產(chǎn)生了一些特殊的帶陷要求。

　　近年來，人們?cè)噲D從時(shí)域、頻域、空間編碼等各個(gè)方面尋求方法來以解決它們之間的干擾問題。具體來講，所采取的主要措施有脈沖波形設(shè)計(jì)、平滑PSD、窄帶干擾抑制算法等。但是這些方法，大都是通過設(shè)計(jì)脈沖波形或者接收機(jī)裝置來回避UWB與其它窄帶通信的干擾，這樣的方案最終實(shí)現(xiàn)起來是比較復(fù)雜的。另外一種常用并且比較簡(jiǎn)單的方法是采用陷波設(shè)計(jì)，如文獻(xiàn)就采用這種方法設(shè)計(jì)了一種蝶形天線。但是這種方案會(huì)給系統(tǒng)造成額外的開銷，因此對(duì)于小系統(tǒng)來講也不是最理想的。最直接的方法就是在超寬帶天線上增添附加的結(jié)構(gòu)直接實(shí)現(xiàn)帶陷功能。本文將應(yīng)用這種方法設(shè)計(jì)認(rèn)知無線電射頻前端的超寬帶天線。所以，本文設(shè)計(jì)的天線既實(shí)現(xiàn)了寬帶和帶陷的功能，而且還滿足了人們對(duì)新型天線的平面化，小型化，且易于加工的要求。下面我們以平面單極天線為基礎(chǔ)來設(shè)計(jì)所需的天線。

　　UWB天線的設(shè)計(jì)

　　平面單極天線的大小主要是由頻帶低端值決定的，對(duì)于規(guī)則平面輻射貼片單極天線而言，要求駐波比不大于2且可以通過簡(jiǎn)單的圓柱體模型計(jì)算天線能夠達(dá)到的最低頻點(diǎn)。如圖1所示，將圓柱體沿母線切開，可得到一個(gè)相關(guān)矩形。