浅析新型超宽带微带天线的研究与设计

刘俊良

摘要：随着超宽带通信技术的快速发展，对天线设计也提出更高的要求。然而传统超宽带通信中，采用的宽带天线很难满足工作频带、电路集成等要求，在此背景下便提出超宽带天线，其不仅在工作频带上满足超宽要求，且可实现电路集成目标。但实际应用中很可能有电磁干扰存在，需做好天线性能、尺寸等改进工作。本文主要对新型超宽带微带天线的相关概述、单极天线设计以及宽槽天线设计的思路进行探析。

关键词：单极天线超宽带天线微带天线

前言：作为现代通信领域中的重要技术，超宽带本身在带宽上具有明显的优势，其传输速率的般可达到百兆。但实际应用下多会考虑到天线设计问题，需保证其在阻抗带宽上保持良好，在此基础上配合窄带接收机，有利于解决其中干扰问题。但该目标如何实现，关键取决于天线设计是否合理。因此，本文对天线的设计分析，具有十分重要的意义。

一、新型超宽带微带天线相关概述

关于天线带宽，其实质为在标准频率范围内天线性能满足定要求，如其中的极化、增益、方向细数、副瓣电平、效率以及输入阻抗等。与传统窄带天线不同，超宽带天线设计的内容集中表现为：①阻抗带宽。相比窄带天线，在带宽范围上超宽带天线将超出三倍频，这种情况下便使设计面临较大难题，需将更多拓宽带宽技术引入其中；②线性相位。为保证天线可靠运行，需保证相位中心不变，确保超宽带天线应用下不会有色散问题产生；③方向图问题。方向图在实际设计中应体现出全向性特点，避免方向图在频率变化下出现畸变，保证天线损耗得到合理控制；④应用范围较广。超宽带通信现行发展中，在保证满足系统集成要求的基础上，也需做到向低成本、小型化等方向发展，尽可能使其在更多商业、民用等领域得到广泛利用。另外，超宽带微带天线设计中，还需做好天线数值分析，可考虑引入时域有限差分法、有限元法或矩量法等。而且需注意明确阻带技术以及天线馈电方式，如同轴馈电、共面波导式以及微带式等。

二、单极天线设计分析

本文在研究中所选取的新型超宽带天线，其主要以Rogers RT5880作为基片，且.在介电常数上为2.65。该天线本身体现出易.于集成、成本低、重量轻以及低轮廓特征。整个天线选择长半轴、短半轴分别为16.5mm.与12.5mm的半椭圆接地板。通过仿真发现，阻抗带宽在10dB回波损耗情况下，将介于.3.3GHGz-8.TGHz之间，要求做好优化阻抗带宽工作。实际优化中，首先需考虑对矩形接地板利用椭圆接地板代替，其目的在于使辐射单元受地板耦合作用减小，这样可使的低频电流路径得以延长。其次可考虑将渐变式馈电结构引入其中，这样75欧姆微带线可保证带宽更宽，在此基础上匹配辐射单元阻抗，这样对于天线驻波可多起到定的改善作用。

实际设计中，还需注意对单极天线阻带工作原理、天线辐射特性以及电场能量具体分布情况进行研究。如在阻带工作原理方面，以双阻带超宽天线为例，其在构成上集中表现为U/v形槽及其DGS结构，两个结构在处于不同状态情况下，天线频率响应也极为不同，所以需对二者进行控制，确保天线正常运行。而对于天线辐射特性，实际设计过程中需对天线在与电场垂直方向、平行方向的平面上表现进行分析，做好方向图的控制工作。通常面临的问题主要表现在因低频率波长长，使全向性较差，若电流在搞低频率天线上表现出不同分布特征，便会产生辐射特性差别。这种设计方式下尽管辐射方向图在整个频段中难以保持，但能够与全向辐射要求相适应。另外，在电场能量分布方面，设计中可考虑在天线贴片边缘、微带馈线边缘进行天线分布，其可使能量有效辐射。

三、宽槽天线设计研究

现行超宽带平面宽槽天线设计中，其本身体现出成本低、剖面小等特征，而且有较多通信频段可被覆盖其中，能够满足系统电磁兼容要求。具体设计过程中，首先需做好宽槽天线参数的明确，如其中的天线驻波，通常要求采用两层阶梯结构，这样对于天线驻波可进行减少。而且阶梯式馈电结构应用下，对于阻抗匹配也可起到明显作用。同时在参数分析中，还需从开槽尺寸优化方面着手，可结合天线驻波情况对尺寸参数进行控制。为满足天线小型化要求，驻波在尺寸减小下会发生明显变化，应尽可能使天线外轮廓、天线槽在距离上进行控制，以此使整个频段中天线性能得以的维持。其次，在设计中还需对共面波导馈电进行考虑，其在优势上集中表现为制作容易且不会产生较大的辐射损耗，要求对地板与阶梯间缝隙进行优化，通过缝隙距离的有效控制，使馈线阻抗保持合理。最后，在天线阻带与增益方面进行研究，设计中可考虑将开槽技术引入其中，其能够满足阻带要求，且天线带宽拓宽、电流路径延长都可实现。另外，超宽带频段中，由于天线在增益平坦度上优势较为明显，整体增益效果都较高，所以天线增益所受到的阻带影响较小。由此可见，实际设计中应注意对带宽受不同参数的影响进行分析，在天线尺寸减小的情况下，使电流突变得以控制，这样对于电流在天线面中的分布能够进行调整，天线阻抗特性由此得以改善。

四、结论

新型超宽带天线在现代较多领域中应用都极为广泛。为使该天线作用得以充分发挥，实际设计中应注重做好宽带拓宽工作，且在天线驻波上进行改善，尽可能将其中存在的电磁干扰问题进行解决。同时需在超宽带阻带特性上不断强化，结合实际需求选用不同类型天线，这样才可充分发挥微带天线的作用。