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改進(jìn)杠鈴形超寬帶天線

作者: 時(shí)間:2011-06-03 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏
超寬帶(UWB)技術(shù)作為一種無線通信技術(shù),在短距離室內(nèi)高速無線通信方面也受到人們越來越多的關(guān)注。根據(jù)FCC規(guī)定,將3.1~10.6 GHz之間的7.5 GHz頻段分配給超寬帶通信業(yè)務(wù)使用。在超寬帶系統(tǒng)中,是關(guān)鍵部件,因此,相當(dāng)多的研究者致力于的發(fā)展,以實(shí)現(xiàn)高的數(shù)據(jù)傳輸速率、低功耗、簡單的硬件結(jié)構(gòu),如射頻識(shí)別、傳感器網(wǎng)絡(luò)、雷達(dá)、定位跟蹤等。

  近來許多研究集中在分形天線,分形天線的優(yōu)點(diǎn)如尺寸小、重量輕、厚度薄正好滿足手持設(shè)備的要求,采用分形概念是天線原理與設(shè)計(jì)很有前景的研究方向之一,許多研究者對(duì)分形天線做出了積極的研究,如帶有分形雙枝樹縫隙的雙波段開槽共面波導(dǎo)饋電天線,采用分形概念的樹形和超寬帶天線,Sierpinski分形天線和snowflake分形天線等。這些天線通過采用不同結(jié)構(gòu)的分形特性,能得到更好的阻抗匹配帶寬和輻射。

  本文在超寬帶天線基礎(chǔ)上,提出了一種改進(jìn)措施,從而獲得更好的阻抗帶寬,天線采用部分接地技術(shù)和分形概念。

  1 天線結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

  及改進(jìn)的杠鈴形超寬帶天線結(jié)構(gòu)如圖1和圖2所示,圖中給出了天線的頂視和側(cè)視圖,輻射單元長度為Wo,寬度為Lo,饋線寬度Wf,長度為Lf,輻射單元蝕刻在FR4基板上(厚度h=1.5mm,εr=4.4),基板尺寸為Lsub×Wsub,天線背面有部分接地面,尺寸為Lg×Wsub。改進(jìn)的杠鈴形超寬帶天線是在圖1結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上蝕刻出臺(tái)階形缺口,對(duì)應(yīng)缺口的尺寸為W1,W2,…,W5和L1,L2,…,L5,天線輻射單元位于x-y平面,輻射單元厚度方向?qū)?yīng)x-z平面。

  

2 天線仿真

  按照圖1和圖2尺寸采用HFSS 10.0進(jìn)行了仿真,仿真結(jié)果如圖3所示??梢钥闯鰣D2的低于圖1,圖2天線小于-10 dB帶寬為72.6%(3.48~7.45 GHz);按照圖2結(jié)構(gòu)加工出改進(jìn)的杠鈴形超寬帶天線,饋電采用50 Ω同軸側(cè)饋,回波損耗實(shí)測結(jié)果如圖3所示,回波損耗小于-10 dB,帶寬為74.7%(3.45~7.56 GHz)。

  圖4和圖5分別為圖1,圖2結(jié)構(gòu)時(shí)天線在x-z,y-z平面(對(duì)應(yīng)頻率4 GHz,5 GHz和6 GHz),可以看出兩種結(jié)構(gòu)的天線Eθ基本重合,而Eφ的大小在-20~-15 dB以下,從圖中可看出兩種結(jié)構(gòu)天線基本一致。

  

  從圖4和圖5方向圖可以看出,在z軸(θ=0°)和-z軸(θ=180°)近似為零點(diǎn),而最大輻射方向不在θ=90°方向。

  

  圖6為對(duì)應(yīng)頻率f=4 GHz,6 GHz時(shí)的三維方向圖及加工的實(shí)物照片,頻率為5 GHz及4 GHz時(shí)方向圖相似,頻率為4 GHz時(shí),增益為3.47 dB,頻率為6 GHz時(shí),增益為3.15 dB。

  3 結(jié)論

  提出了一種改進(jìn)的杠鈴形超寬帶天線,通過在杠鈴形天線上增加階梯形缺口,使天線回波損耗更小,而天線方向圖與原杠鈴形天線基本一致,實(shí)測結(jié)果表明,改進(jìn)的杠鈴形超寬帶天線回波損耗小于-10 dB,帶寬達(dá)74.7%(3.45~7.56 GHz)。



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