一种具有双陷波特性的超宽带天线设计

五邑大学信息工程学院 汤恒亮 李继岚 张 昕

一种具有双陷波特性的超宽带天线设计

五邑大学信息工程学院 汤恒亮 李继岚 张 昕

【摘要】在现有超宽带天线改进的基础上，本文设计出一种超宽带双陷波天线。通过在天线接地面上添加对称的双L形调谐枝节，实现UWB频段双陷波特性。使用Ansoft HFSS软件对设计的天线进行仿真实验和实物天线测试，结果表明∶这种改进型天线结构设计合理，天线在3-12GHz工作频带内满足电压驻波比小于2。在3.2-3.7GHz、5.15-5.8GHz频带内具有较好的陷波特性。

【关键词】共面波导；超宽带天线；双陷波

1.引言

随着室内高速无线接入技术的发展，特别是在IEEE 802 15.3a标准提出了将3.1-10.6GHz的频带划为超宽带通信使用之后［1］，超宽带系统已经越来越具有吸引力。但在超宽带通信频带内还存在着其他窄带通信系统，为避免超宽带系统与窄带通信系统间的相互干扰，必须采用具有带阻特性的超宽带天线［3-6］。

很多学者对超宽带陷波天线进行了研究［7］，文献［2］通过在天线的辐射单元刻蚀U形槽和在接地板上添加L形调谐枝节实现了天线在3.5GHz、5.5GHz的陷波，天线结构如图1所示。本文在此基础上作出了改进，在天线的接地面刻蚀对称的双L形调谐枝节，实现了超宽带天线在3.5GHz、5.5GHz的双陷波特性。通过三维电磁场仿真软件Ansoft HFSS对天线进行设计、建模和优化。

图1 文献2所设计天线

图2 双陷波超宽带天线的结构图

图3 双陷波超宽带天线的实物图

图4 天线电压驻波比的仿真和测试图

表1 双陷波超宽带天线的相关参数（单位：mm）

图5 H平面方向图

2.天线的结构与设计原理

本文采用厚度为0.508mm，相对介电常数为3.66、损耗角正切为0.0037的Rogers 4350B介质板，整个天线尺寸为W × L×H为32mm×32mm×0.508mm，该天线采用共面波导馈电，使用TXLINE软件计算出馈电线宽度s=1.0mm，馈电线与地板的缝隙g=0.3mm。天线的结构图和实物图分别如图2和图3所示。

利用HFSS仿真软件对天线的参数进行扫描和优化，最后得到符合所需天线的尺寸参数。天线优化后的尺寸由表1给出。

3.天线性能的比较

3.1 仿真与实物天线性能比较

图4给出了天线VSWR的仿真与测试结果。从中可以看出天线在3-12GHz内电压驻波比小于2，在3.2-3.7GHz、5.15-5.8GHz频段实现陷波。将测量结果和仿真结果相比较，可以看到两者大体上吻合，但也有一些偏差。天线加工制作的精度、SMA 接头焊接技术以及介质基板质量等，都是导致这些偏差的可能原因。

天线在H面和E面的二维极化方向图仿真结果如图5和图6所示。由图可看出，随着频率升高方向图虽然发生变形，但在整个通带内能基本保持稳定，H面方向图呈现类似偶极子的哑铃型，H面方向图有良好的全向性，满足超宽带通信需求。

图6 E平面方向图

3.2 与文献［2］天线性能的比较

图7和图8分别给出了本文设计的双陷波超宽带天线的增益仿真图和文献［2］天线的增益仿真图。对比可以发现，本文所设计的天线陷波增益更好，并且在天线的高频段增益更稳定，不会有很明显的跳变。结果对比如表2所示。从表2可以看出本文所设计天线陷波特性和增益优于文献2。

图7 双陷波超宽带天线的增益仿真图

图8 文献2天线的增益仿真图

表2 陷波增益对比

4.结论

本文设计了一款具有双陷波特性的超宽带天线，天线的整体尺寸为32mm*32mm*0.508mm，通过在天线的接地面上添加一对对称的双L形调谐枝节实现天线的双陷波特性。与文献［2］的双陷波天线相对比，本文所设计的天线陷波特性更好，频率增益更稳定。同时在通带内具备全向辐射特性和稳定的增益，该天线体积小、结构简单、性能优良，有一定的实用价值。

参考文献

［1］Federal Communications Commission. First Report and Order Revision of Part 15 of the Commission Rules Regarding Ultra-Wideband Transmission Systems［S］， 2002.

［2］Wu A，Guan B.A Compact CPW-Fed UWB Antenna with Dual Band-Notched Characteristics［J］.International Journal of Antennas & Propagati-on，2013，2013（3）∶1-7.

［3］Su S T.Design of dual band-notched planar inverted cone ring antenna for UWB communicate-ons［J］.Microwave & Optical Technology Letters，2014，56（2）∶284-287.

［4］周海进，孙保华，李建峰，等.具有双陷波特性的超宽带天线设计与研究［J］.微波学报，2009，25（3）∶13-17.

［5］Xu J，Shen D Y，Wang G T，et al.A Small UWB Antenna with Dual Band-Notched Characteristics［J］.International Journal of Antennas & Propagati-on，2012，2012（2）∶1018-1020.

［6］Su S T.Design of dual band-notched planar inverted cone ring antenna for UWB communications［J］. Microwave & Optical Technology Letters， 2014，56（2）∶284-287.

［7］Pouyanfar N.CPW-FED UWB antenna with band-stop properties［J］. Microwave & Optical Technology Letters，2013， 55（7）∶1533-1537.

A ultra wideband antenna with dual band notch characteristic

TANG Heng-liang，ZHANG Xin，LI Ji-lan
（School of Electronic Information Engineering ，Wuyi University， Jiangmen Guangdong 529000，China）

Abstract：The ultra wideband antenna is proposed with dual band notch characteristic in this paper. The double-band UWB notch characteristic is achieved by adding double L-shaped tuning stub on the antenna ground plane symmetrical. The antenna is tested by Ansoft HFSS simulation software and physical measurement. The results show the VSWR in 3-12GHz of less than 2 and a notch characteristic in 3.2-3.7GHz and 5.15-5.8GHz.

Key words：CPW； Ultra-wideband（UWB）； Double notch