小型共面波導(dǎo)饋電H型枝節(jié)超寬帶天線設(shè)計(jì)

1 引言

與微帶傳輸線相比，共面波導(dǎo)傳輸線具有更低的輻射泄漏和更小的分布參數(shù)，在單片微波集成電路領(lǐng)域變得越來越常見。超寬帶技術(shù)具有數(shù)據(jù)傳輸率高、抑制多徑干擾能力強(qiáng)等諸多優(yōu)點(diǎn)，在未來的通訊系統(tǒng)中是一種極具潛力的解決方案。自從2002年2月美國聯(lián)邦通信委員會(huì)（FCC）將3.1-10.6GHz頻段劃歸超寬帶（UWB）的民用頻段，UWB無線通訊系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和應(yīng)用便成為科學(xué)界和工程界的熱門研究課題。

高速無線通訊正朝著寬帶化和小型化方向發(fā)展，無線移動(dòng)通訊設(shè)備越來越需要性能優(yōu)良和尺寸較小的器件。在這樣的系統(tǒng)中，用來接收和發(fā)射信號(hào)的天線是一個(gè)關(guān)鍵部件。合適的天線設(shè)計(jì)在一定程度上可以降低電路設(shè)計(jì)的難度，同時(shí)改善系統(tǒng)性能。近些年來，小型化天線受到越來越多的關(guān)注。減小天線尺寸通常可通過使用高介電常數(shù)的材料和優(yōu)化天線幾何結(jié)構(gòu)來達(dá)到。在小型化天線的設(shè)計(jì)中，平面單極子天線、縫隙天線和偶極子天線等眾多結(jié)構(gòu)都可以用來實(shí)現(xiàn)小型化的要求。本文采用共面波導(dǎo)饋電結(jié)構(gòu)和H型枝節(jié)設(shè)計(jì)了一種新的小型化超寬帶天線，天線如圖1所示。該天線尺寸為19×24×1.6 mm³，在3.3-12.1GHz頻率范圍內(nèi)，該天線的電壓駐波比小于2，具有良好的寬帶阻抗匹配特性。

圖1 天線結(jié)構(gòu)圖

2 天線仿真和分析

天線結(jié)構(gòu)如圖1所示，參數(shù)L0和W0分別為矩形槽的寬度和長度，d為H型枝節(jié)和饋電線之間的距離，L1和W1分別為H型枝節(jié)下端貼片的長度和寬度，L2和W2分別為H型枝節(jié)上端貼片的長度和寬度，L3和W3分別為H型枝節(jié)中間貼片的長度和寬度。L和W分別為天線的長度和寬度。本文中，選用厚度h為1.6mm、相對(duì)介電常數(shù)為4.4（FR4）的介質(zhì)板。

共面波導(dǎo)饋電結(jié)構(gòu)采用50Ω阻抗匹配，饋線寬度為2.6mm,縫隙寬度g為0.3mm。天線實(shí)物照片如圖2所示。

圖2 天線實(shí)物圖

為了評(píng)估本文所設(shè)計(jì)天線的性能，我們用HFSS 12仿真軟件對(duì)其進(jìn)行仿真和分析。天線最優(yōu)參數(shù)值如表1所示。

圖3為電壓駐波比（VSWR）的仿真與測量結(jié)果對(duì)比圖，從圖中可以看出，天線的阻抗帶寬為8.8 GHz（3.3-12.1 GHz）。

表1 天線最優(yōu)參數(shù)表

圖3 天線電壓駐波比圖