P波段小型化锯齿缝隙超宽带天线设计-易迪拓培训

一种小型化树杈形缝隙Vivaldi天线的设计徐国建;周勇;陈军;吕雪驹【摘要】设计了一种3.4～7.6 GHz频段的超宽带高增益低交叉极化的小型化Vivaldi天线.该天线是在传统Vivaldi天线基础上引入树杈形缝隙结构设计而成的新型Vivaldi天线.通过在辐射片引入树杈形开缝结构,改善了天线表面的电流,使其汇聚于缝隙附近,从而提高天线的辐射性能,改善天线的阻抗匹配特性,展宽天线带宽.仿真结果表明该小型天线在3.4 ～7.6GHz的频率范围内驻波比小于2,以5.4 GHz 为中心频点的有效带宽达到4 GHz,在中心频点5.4 GHz增益为6.2 dB且交叉极化低于-20 dB.天线的尺寸仅为30 mm×30 mm.在此基础上加工并制作了天线样件,实测结果和仿真吻合良好,可以应用于无线通信系统中.【期刊名称】《科学技术与工程》【年(卷),期】2016(016)026【总页数】5页(P70-74)【关键词】Vivaldi天线;树杈形结构;超宽带;高增益;小型化【作者】徐国建;周勇;陈军;吕雪驹【作者单位】南京信息工程大学江苏省气象传感网技术工程中心,南京210044;南京信息工程大学江苏省气象传感网技术工程中心,南京210044;南京信息工程大学气象灾害预报预警与评估协同创新中心,南京210044;南京信息工程大学江苏省气象传感网技术工程中心,南京210044;南京信息工程大学江苏省气象传感网技术工程中心,南京210044【正文语种】中文【中图分类】TN823.24天线在无线电设备中主要起着发射或者接收电磁波的作用，是无线电技术设备中不可缺少的一部分。

近年来电子设备正朝着越来越小，越来越轻便的方向发展，使得天线的小型化也成为天线设计的一个趋势。

同时随着现代通信速度地不断提升，超宽带技术(UWB)已经逐渐彰显其优点，这也使得天线在具备小型化的同时也要满足在很宽的带宽内具有良好的辐射特性。

2017年4月第38卷第2期湘南学院学报Journal of Xiangnan University Apr . ,2017Yol . 38 No . 2一种新型平面超宽带缝隙天线黄健全，何之斌，方腾(湘南学院电子信息与电气工程学院，湖南郴州423000)摘要：设计了一种新型平面超宽带缝隙天线.通过渐变缝隙及其加载来降低天线频率，拓展工作频带，从而实现天线 的小型化与宽带化.实验测试结果表明，该天线回波损耗小于-10 dB 的相对测试带宽达到了 110% (3.1-10.6 GHz)，该频带的测试增益高于1.48 dB ，最高可达7.2 dB ，而天线尺寸仅为15mmx25mm.天线馈电便利，工艺简单，成本低廉， 可广泛用于近距离高速宽带无线通信系统.关键词：小型化;缝隙天线;超宽带中图分类号:TN823+.24 文献标识码：A D0I ： 10.3969/j. issn. 1672-8173.2017.02.0041引言随着无线通信技术的快速发展和推广，平面宽带天线已成为现代电子与通信行业的研究热点[1_3].微带缝 隙天线具有体积小、剖面低、重量轻、成本低、加工容易、可与载体共形安装及易于实现宽带、多频等优点，符合 现代通信系统小型化、轻量化的发展趋势和要求，被广泛应用于无线移动通信领域[4_5].近年来，小型宽带缝隙天线被研究人员越来越重视，如何缩小天线尺寸，拓宽天线带，从而便携设备中得 到更高的通信速度也成为研究的热点.文献[6]提出了一种共面波导馈电的方形缝隙天线，获得了 1.4 GHz 的 带宽.文献[7]提出一种微带馈电的旋转方形缝隙天线，带宽达到了 2.2 GHz .然而，这两种天线的尺寸均为70 mmx 70 mm ，难以满足便携设备的小型化要求.文献[8]则通过方形缝隙加载寄生贴片设计了一款缝隙天线， 天线尺寸缩小为37 irnnx 37 mm ，而带宽则拓宽为3. 12 GHz .文献[9]提出的椭圆形缝隙天线有效拓宽了辐射 频带，但尺寸不够紧凑.本文在传统均勻窄缝天线的基础上，设计了一款新型平面超宽带缝隙天线，如图1所示.通过均匀缝隙与 渐变缝隙结合，大大拓宽天线频带;另一方面，采用渐变缝隙加载技术，延长天线电流路径，降低天线的工作频 率，获得小型化效果.样品测试结果表明，天线的相对匹配宽带（丨Sll I <-10dB)为110% (3.1 ~ 10. 6 GHz)，测 试增益最高可达7. 2 dB ;天线馈电网络简单，成本低廉，而尺寸仅为15mmx25mm ，可广泛用于各类高速便携移 动通信电路.y1 S 1,\1.loti f—{〇 —►w ?-►令丰\ \l _.卜 \h "/ i ’sl 〇t 2-H V I 7 \ W 4 \-------------------------*stub---------------------------图1天线结构尺寸示意图收稿日期:2016-08-23基金项目：湖南省自然科学基金项目（2016JJ4083);湖南省教育厅产业化培育项目（15CY09)作者简介:黄健全（1972—），男，湖南桂东人，副教授，博士，研究方向：新型射频微波电路与组件.黄健全，何之斌，方腾:一种新型平面超宽带缝隙天线(w sub =^m m?lSub =25. 0m m,w f = 2. 15m m, l f = 15. 7m rrijW! =0. 7m m,=5m m,l_s l o t1 =11.8m m,w2 =2. 7m m,12 =6. 0m m,l_s l o t2 =8.8m m, w3 =0.7m m,w4 =2. 7m m, w5=2. 38m m, l3=3.0m m)2天线设计2.1小型宽带思路图2天线设计思路传统窄缝天线如图2(a)，一段蚀刻于地板的四分之一缝隙，通过微带馈电.由电磁对偶原理可知，该缝隙 可以等效为一段磁流，一端短路，一端开路，具有半波振子类似的辐射特性.为了获得良好匹配特性，微带伸出 缝隙约为中心频段波长的四分之一,离缝隙末端的距离约为中心频段波长的四分之一.然而，由于均匀缝隙高 频匹配特性不佳，天线的工作频带较窄.为此，把均勻窄缝的辐射主体改为渐变缝隙，如图2(b)所示，从而改善高频匹配特性,拓宽天线的工作频带.为了进一步降低天线工作频率，在微带线末端处蚀刻另一渐变缝隙, 通过缝隙加载改变天线地板电流路径，获得更为明显的小型化效果，如图2 (c )所示.三种天线模型的频率特性仿真对比如图3所示，天线采用介电常数为2. 55,厚度为0. 8 mm的基板，除辐 射缝隙宽度及加载与否不同外，其他尺寸如图1所示.虽然均勻缝隙存在三个谐振模式，然而，由于其高频匹 配特性不良，影响天线的工作带宽.渐变缝隙明显改善天线的高频响应，使天线的工作频带向高端延伸.而渐 变缝隙加载使天线的低频截止频率由3.5 GHz降到了 3.1GHz,其谐振模式也增加了一个，从而使得天线高频 截止频率由9. 8 GHz拓展到10.6 GHz.图3均匀缝隙天线、渐变缝隙天线及本文天线频率特性对比(a)无缝隙加载3.5 GHz地板电流分布（b)缝隙加载3.1 GHz地板电流分布图4缝隙加载对地板电流分布的影响• 13•湘南学院学报(自然科学版)2017年4月（第38卷）第2期图4(a)所示为无缝隙加载时天线3.5 GHz的地板电流分布，谐振电流主要围绕渐变缝隙边缘.缝隙加载 后，天线地板的电流则沿两个缝隙呈S状分布，谐振电流路径大大加长，谐振频率也由3.5 GHz降低至3. 1 GHz.因此,缝隙加载可以缩小天线尺寸，获得显著的小型化效果.2.2关键参数影响及设计要点影响天线工作频率和带宽的主要参数有辐射缝隙的长度l_S l〇tl和开口宽度w2.如图5所示，当均匀辐射 缝隙长度增加时，天线的低频截止工作频率由高变低.此外，当缝隙长度增至11. 8 mm时，带内谐振模式将增 加.另一方面,渐变缝隙的开口宽度％对天线的带宽影响如图6所示，当w2由1.7 mm增加至2. 7mm时，缝隙 的高频谐振模式将进一步增加，从而将天线的工作频带往高频延伸.天线设计首先根据中心频率估算缝隙长度及馈电微带的位置，然后采用HFSS等微波EDA软件建模并优 化渐变缝隙开口宽度、缝隙加载长度和位置等，最后得到天线的尺寸参数，如图1标注.3测试验证及结果分析为了验证设计思路，采用模型指定的特富龙基板材料，用微波电路雕刻机制作并测试了该天线，天线实物 照片如图7所示.天线的端口匹配特性测试设备为安捷伦的N5230C矢量网络分析仪，测试结果如图8所示，匹配频带为3.1 GHz- 10.6GHz，与仿真结果吻合良好.图7制作天线照片图8天线回波损耗的仿真与测试结果对比应用微波暗室对天线远场辐射特性进行测试，其3. lGHz、6. 85 GHz、10.6 GHz的主极化及交叉极化辐射 xoy面和yoz面方向图如图9所示，测试结果与仿真值基本一致.天线xoy面主极化最大辐射方向为x轴，而沿 y轴则为主极化辐射零点，而xoz面的主极化辖射则具有全向特性.由于天线地板电流较为复杂，其交叉极化 辐射也较强，而且随着频率的增加，交叉极化逐渐增强.天线适用于短距离高速率的宽带通信，其交叉极化隔 离度不髙.• 14•黄健全，何之斌，方腾:一种新型平面超宽带缝隙天线90(a)3. 1GHz90(b) 6. 85 GHz900(c)10. 6 GHz图9天线xoy面和yoz面方向图• 15•湘南学院学报（自然科学版)2〇n年4月（第38卷）第2期4 6 8 10频率/GHz 图10天线增益图10所示为天线增益随频率的变化情况，可以看出，所设计的天线具有较高的测试增益，测试增益略小 于仿真值，总体趋势与仿真结果吻合.在3.1 GHz ~ 10.59 GHz 工作频带，天线增益大于1.48 dB , 4. 8 GHz 有 一个增益极值，在一小段增益下降频带后，增益继续随频率增加，天线具有良好的辐射能力.4结论本文提出了一种新型平面超宽带缝隙天线，通过渐变缝隙拓宽天线频带，缝隙加载降低天线工作频带,实 现小型化.天线在3.1 ~ 10.59 GHz 范围的回波损耗小于-10dB ,相对带宽达到了 110% ,具有稳定的辐射方向 图及较强的辐射能力，工作频段内增益值高于1.48 dB ,而天线的尺寸仅为15 mmx 25 mm .天线采用微带馈 电，制作工艺简单，容易与其他微波有源电路集成，可广泛用于近距离便携式髙速无线通信.参考文献：[1 ] Gayathri R，Jisney T U, Krishna D D, et al. Band-notched inverted-cone monopole antenna for compact UWB systems[J]，Elec­tronics Letters, 2008 , 44(20) ：1170-1171.[2] Gopikrishna M, Krishna D D, Aanandan C K, et al. Compact linear tapered slot antenna for UWB applications[ J ]. Electronics Let­ters, 2008, 44(20) ：1174-1175.[3] Chen Z N. UWB antennas with enhanced performances (invited) [C ]// 2008 International Conference on Microwave and Millimeter Wave Technology, 2008：387-390.[4] 施胜杰，郭辉萍.一种新型超宽带平面单极天线的设计[J ].通信技术，2009, 42(1): 112-114.[5] 瞿荣，张弘，何培宇，等.一种新型超宽带平面单极子天线的设计[J ].四川大学学报（自然科学版），2008, 45(3) :553- 557.[6] Chiou J Y, Sze J Y, Wong K L. A broad-band CPW-fed strip-loaded square slot antenna[ J ]. IEEE Transactions on Antennas & Propagation, 2003 , 51(4) ：719-721.[7] Jan J Y, Su J W. Bandwidth enhancement of a printed wide-slot antenna with a rotated slot[ J ]. IEEE Transactions on Antennas & Propagation ，2005，53(6) :2111 -2114.[8 ] Sung Y. Bandwidth Enhancement of a Microstrip Line-Fed Printed wide-Slot Antenna with a Parasitic Center Patch [J]. IEEE Transactions on Antennas & Propagation, 2012 , 60(4) ： 1712-1716.[9] Li P, Liang J, Chen X. Study of printed elliptical/circular slot antennas for ultrawideband applications[ J ]. IEEE Transactions on Antennas & Propagation, 2006, 54(6)： 1670-1675As . 广//〇_。

第52卷 第11期2019年11月通信技术Communications Technology Vol.52 No.11Nov. 2019·2798·0 引 言近年来，无线通信成为发展最迅猛的领域之一。

天线是无线通信系统极其重要的部分。

通信系统中的信号的接收和发送都离不开天线。

但是，随着无线通信的不断发展，人们的通信要求提出了更高要求，不但要求通信速率要高，而且通信质量的要求* 收稿日期：2019-07-16；修回日期：2019-10-20 Received date:2019-07-16;Revised date:2019-10-20基金项目：山东省博士基金项目（No.ZR2017BF017）；国家青年科学基金项目（No.61701278）；毫米波国家重点实验室开放课题（No.K201929）；国家级大创项目-超宽带小型化对拓vivaldi 天线（No.201810446022）Foundation Item: Shandong Province Doctor Foundation(No.ZR2017BF017);NaturalYouth Science Foundation of China(No.61701278);StateKey Laboratory Millimeter Waves(No.K201929);Ultra-wideband Miniaturized Paired Vivaldi Antenna(No.201810446022)通讯联系人：xujuan125@ Corresponding author: xujuan125@文献引用格式：张淑晨，李相辉，袁茂雲等.超宽带小型化对拓Vivaldi天线的设计[J].通信技术，2019，52（11）：2798-2802.ZHANG Shu-chen,LI Xiang-hui,YUAN Mao-yun,et al.Design of Ultra Wideband MiniaturizedVivaldi Antenna[J].Communications Technology,2019,52(11):2798-2802.doi:10.3969/j.issn.1002-0802.2019.11.038超宽带小型化对拓Vivaldi 天线的设计*张淑晨，李相辉，袁茂雲，方 宇，刘文超，徐 娟（曲阜师范大学，山东 曲阜 273165）摘 要：当今社会通信技术迅猛发展，无线通信成为通信领域的重要组成部分。

一种小型的具有良好陷波特性的超宽带缝隙天线叶亮华,褚庆昕(华南理工大学电子与信息学院,广东广州510640) 摘　要:　为了有效地抑制超宽带通信系统与窄带通信系统之间潜在的干扰,提出了一种小型的带组合陷波结构的缝隙超宽带天线.该天线采用印刷电路板上的多边形缝隙作为辐射单元,由背面的T 形微带线馈电,天线的总尺寸仅为16mm ×25mm ×0.8mm .通过T 形微带上开的一C 形槽和地板上开的一矩形槽的组合陷波结构,产生阻带特性且阻带陡度更陡峭、带宽更宽,实现了良好的陷波功能.仿真和测试的结果表明,天线在超宽带系统3.1GHz ～10.6GHz 工作频段内的电压驻波比小于2,在5～6GHz 频率范围实现了良好的滤波特性,有效地阻隔了无线局域网系统对超宽带系统的影响.同时该天线在整个工作频段具有良好的全向辐射方向特性和稳定的增益.关键词:　超宽带天线;陷波特性;缝隙天线;小型天线中图分类号:　TN822 文献标识码:　A 文章编号:　0372-2112(2010)12-2862-05Improved Notch -Band Slot UWB Antenn a with Small SizeYE Liang -hua ,C HU Qing -xin(Sc hool of Elec tronic and Infor mation Enginee ring ,South China Unive rs ity of T echnol ogy ,G uangzhou ,Guangdong 510640,China )Abstract :　In order to minimize the potential interferences between the ultra -wideband sy stems and the narrowband communi -cation systems effectively ,a compact slot u ltra -wideband antenna with assembled band notched structure i s presented .A polygon slot o n a printed circuit board i s taken as the radiating element and is fed by a T -shaped stub .The overall size of the antenna is as small as 16mm ×25mm ×0.8mm .T he assembled band -notch structure formed by a C -shaped slit in the T -shaped stub and a rectangular slit embedded in the ground plane i s implemented to shape a much sharper ,wider ,and deeper notch -band .Simulated and measured results indicate that the propo sed antenna yields an voltage standing wave ratio (VSWR )of less than 2in the impedance bandwidth range of 3.1to 10.6GHz ,except the bandwidth of 5.0～6.0G Hz fo r band notch .Thus ,the negative effect of WLAN on ultra -wideband system is eliminated effetively .Omnidirectional radiation pattern and stable gain are obtained in the whole bandwidth range .Key words :　ultra -wideband antenna ;no tched characteristics ;slot antenna ;small antenna1　引言 自从美国联邦通信委员会(FCC )于2002年将3.1～10.6GHz 频段划归为超宽带(UWB )的民用使用频段[1]后,UWB 系统的设计和应用就引起了研究人员的广泛关注[2～4].超宽带天线作为超宽带系统的重要组成部分,成为近年来研究的热点.超宽带天线的主要设计要求包括在超宽频带(3.1～10.6GHz )内阻抗匹配、具有良好的全向辐射方向特性和稳定的增益,并要求天线小型化以及制造成本低.以往很多超宽带天线的尺寸往往较大,难以实现与小型UWB 系统的集成,因此,小型超宽带天线成为近年来实验研究的一大热点[5].超宽带系统的通信频段内覆盖了5.150～5.825GHz的无线局域网(WLAN )窄带系统频段,为了抑制超宽带系统与窄带系统间潜在的干扰,通常需要在超宽带系统内加入带阻滤波器滤除窄频带,但这不仅增大系统的复杂度,同时还增加了成本.一种简单而有效的方法就是在超宽带天线中引入陷波结构,使天线能在WL AN 窄带系统的频段内呈现较大的反射系数,实现滤波功能[6～9].由于宽缝隙天线具有阻抗带宽宽、结构简单、易加工、成本低和易与其他微波电路相集成等特性,研究人员广泛应用宽缝隙天线来设计UWB 天线[10～14].文献[10]中提出了一种矩形缝隙超宽带天线,利用宽缝隙天线的多频谐振特性,能产生超宽带特性,但该天线的尺寸较大,同时也没有引入陷波结构,不具备滤波功能.文收稿日期:2009-12-01;修回日期:2010-03-16基金项目:国家自然科学基金重点项目(No .U0635004);广东省自然科学基金资助项目(No .60571056)第12期2010年12月电 子 学 报ACTA ELECTRONICA SINICA Vol .38　No .12Dec .　2010献[11]中提出了一种带陷波结构的T 形微带馈电缝隙超宽带天线,文中提出了三种单陷波结构,即T 形馈电微带上开一半波长的细槽、开一对1/4波长的细槽,或在矩形缝隙中加了一对半波长的微带枝节,这些单陷波结构都能产生滤波功能.此外,在圆形缝隙上嵌入一圆弧形微带枝节[12],也能实现超宽带天线的滤波特性.但是,上面所述的陷波结构只能产生单个滤波频率点,阻带的陡度不陡峭且带宽较窄,使得天线的滤波效果较差,不能有效地消除UWB 系统与其他窄带系统之间潜在的干扰.与此同时,上述缝隙超宽带天线[10～12]的尺寸较大,难以实现与小型超宽带系统的集成.为此,本文提出了一种具有良好陷波特性的带组合陷波结构的多边形缝隙超宽带天线.通过引入多边形缝隙作为天线的辐射单元,可以更好地实现阻抗匹配,减小天线的尺寸,天线的总尺寸仅为16×25×0.8mm ,比大部分缝隙超宽带天线[10～14]的尺寸都小.T 形微带馈线上开的一C 形细缝与地板上开的一矩形细缝的组合陷波结构,能在阻带内产生两个滤波频率,这两个滤波频率耦合在一起使阻带陡度更陡峭且带宽更宽,从而实现良好的陷波功能.通过调整T 形微带上的C 形细缝和地板上矩形细缝的长度,可以改变天线的陷波频率.实验结果表明,文中提出的天线在3.1～10.6GHz 工作频段内的电压驻波比小于2,在5～6GHz 阻带频率范围内实现了良好的滤波特性,有效地阻隔了无线局域网系统对超宽带系统的影响.同时,该天线在整个工作频段具有良好的全向辐射方向特性和稳定的增益,因此,该天线是一种具有良好使用价值的超宽带天线.2　多边形缝隙超宽带天线的设计 多边形缝隙超宽带天线的结构和尺寸如图1所示,该天线印制在一块厚度为0.8mm 、相对介电常数为2.55的Neltec NY9255印刷电路基板上.天线由雕刻在地板上的多边形缝隙和背面T 形微带馈线组合而成,多边形缝隙和T 形微带都采用了渐变结构,结构渐变性使得天线从一个频率谐振模式平缓地过渡到另一个频率谐振模式,确保了在较宽的频带内获得良好的阻抗匹配[6～7].天线利用宽缝隙天线的多谐振特性产生超宽带工作频段;多边形缝隙具有较多的设计尺寸参数,与矩形、圆形或椭圆缝隙UWB 天线相比,多边形缝隙UWB 天线可调的尺寸参数更多,更容易实现阻抗匹配. 作为谐振型天线,可以通过调整多边形缝隙的尺寸参数来控制天线的最低谐振频率.多边形缝隙天线的最低谐振频率f 可以通过下面的等式得到:(1)其中L 为多边形缝隙的周长,c 为光速,εef f 为相对介电常数.根据上面的阐述,这种缝隙超宽带天线的设计步骤可以概括为如下所述.首先确定T 形微带馈线的宽度,使馈电微带的特征阻抗约为50Ψ;然后根据等式(1)确定多边形缝隙的初始尺寸,使其在低频(3～4GHz )辐射产生谐振频率;最后优化多边形缝隙和T 形微带枝节的设计参数,使天线在3.1～10.6GHz 频段内具有良好的阻抗匹配,满足设计要求. 根据上面所阐述的设计步骤,我们应用电磁仿真软件Ansoft HFSS 对天线进行初始化设计,获得天线的尺寸参数如图1所示,天线的总尺寸为16×25×0.8mm ,具有较小的体积和较低的剖面尺寸,有利于实现与小型超宽带系统的集成化设计.在天线的设计过程中,如果知道了天线的尺寸参数的变化对天线性能的影响规律,那么我们就可以快速有效地完成天线的设计.从上面的分析中可以看出多边形缝隙的设计参数对天线的性能影响较大,因此我们研究了缝隙尺寸的变化对天线输入阻抗匹配的影响.图2(a )所示的是天线的阻抗匹配随着参数L 1、W 12863第　12　期叶亮华:一种小型的具有良好陷波特性的超宽带缝隙天线的频率变化曲线,其他的参数与图1相同.从图2(a )中可以看出,随着L 1、W 1的增大,天线在3.1～10.6GHz 频段实现了更好的阻抗匹配;同样,随着L 2、W 2的增大,可以改善天线在超宽带频带3.1～10.6GHz 的阻抗匹配,如图2(b )所示.从上面的分析可见,缝隙的渐变结构有利于改善天线在整个超宽带频带内的阻抗匹配.3　陷波超宽带天线的设计 上面所述的缝隙超宽带天线没有引入陷波结构,不具备滤波功能,不能消除超宽带系统与窄带系统之间潜在的干扰.文献[11,12]中提出了多种带陷波结构的缝隙超宽带天线,但这些天线只能产生单个滤波频率点,阻带的陡度不陡峭且带宽较窄,滤波效果较差.为了改善天线的滤波性能,本文提出了一种带组合陷波结构的缝隙超宽带天线,如图3所示(陷波结构以外的尺寸与图1相同).由T 形微带馈线上开的一倒C 形细缝与天线地板上开的一开路矩形细缝组成天线的陷波结构,其中C 形细缝和矩形细缝谐振产生的带阻频率(f 1、f 2)分别由它们的总长度决定:f 1=c2L 11εre (2)f 2=c 4L 22εre(3)其中L 11、L 22分别为C 形细缝和矩形细缝的总长度,c 为光速,εre 为相对介电常数.根据等式(2)和(3)可以得出,当f 1与f 2的数值相差较大时,天线能形成两个阻带,实现双陷波特性;当f 1与f 2的数值相差不大且耦合在一起时,相当于一个二阶的带阻滤波器,使阻带陡度更陡峭且带宽更宽,从而实现了良好陷波功能. 我们研究了几种总长度不同的C 形缝隙与矩形缝隙的组合陷波结构对天线性能的影响,如图4所示.从图中可见,随着陷波结构总长度的减小,阻带频率向高处平移,这与等式(2)和(3)表达一致;从图中还可以看出,C 形缝隙与矩形缝隙产生的阻带频率耦合在一起,阻带的陡度更陡峭,天线的阻带在这三种情况下都有良好的滤波特性.为了比较带各陷波结构的缝隙超宽带天线的阻带特性,本文研究了各种陷波缝隙超宽带天线的阻抗匹配,如图5所示.从图中可见,组合陷波结构缝隙UWB 天线的阻带比各单陷波结构缝隙UWB 天线更陡峭,即组合陷波结构缝隙UWB 天线的滤波效果更好. 通过电磁仿真软件Ansoft HF SS 仿真,图6给出了缝隙U WB 天线的电流分布情况,在通带4GHz 和7GHz 处,电流主要聚集在多边形缝隙边沿,C 形缝隙和矩形缝隙附近的电流很小;而在阻带谐振频率5.42GHz 和5.75GHz 处,电流分别集中在C 形缝隙和矩形缝隙上,多边形缝隙上的电流很小,造成天线输入阻抗异常,天线在这两频率点附近产生较大的衰减和阻抗失配,形成陷波.4　实验结果 基于图3(L 3=10.6mm ,L 4=2.5mm )给出的带组合陷波结构多边形缝隙天线的尺寸,我们制作了天线的2864 电 子 学 报2010年样品,并使用了AgilentN5230A (10MHz ～50GHz )矢量网络分析仪对天线进行了测量.天线仿真和测试的回波损耗如图7所示,从图中可以看出,天线在5.03GHz ～6.06GHz 频段的阻抗失配,在其余的UWB 通信频段具有良好的阻抗匹配,表明天线在5GHz ～6GHz 频段内具有良好的滤波功能.天线回波损耗的测量结果和仿真结果基本吻合,两者存在的偏差主要是由同轴接头的焊接、天线尺寸的加工误差等因素造成的.各陷波结构的缝隙UWB 天线的电压驻波比如图8所示,从图中可见,组合陷波结构天线的阻带的陡度和带宽比单陷波结构的天线要大,由此可见本文提出的带组合陷波结构的缝隙天线比单陷波结构的U WB 天线具有更好的滤波特性. 图9给出了在3.5GHz 、6.5GHz 和9.5GHz 频率点上的E 面(x z 平面)和H 面(x y 平面)的辐射方向图.在H 面,天线辐射方向图不圆度最大仅为7.9dB ,具有比较好的全向性,可收发各个方向的信号;在E 面,天线方向图呈哑铃型,类似于偶极子天线的双向方向图.天线的增益如图10所示,天线在整个工作频段内具有比较平坦的增益特性,天线增益大约为3.5～5.6dBi .在5.4GHz 和5.7GHz 频率点附近,天线的增益显著下降至-4.5dBi 左右,抑制了WLAN 窄带系统的干扰.5　结论 本文提出了一种应用于超宽带系统的带组合陷波结构微带馈电多边形缝隙超宽带天线.通过引入组合陷波结构,阻带的陡度和带宽更大,使天线在5GHz ～6GHz 频段内具有良好的陷波特性,有效地抑制了WLAN 窄带系统对超宽带系统的干扰.该天线的结构简单、制造容易,成本低,而且这种天线具有较小的体积和较低的剖面尺寸,有利于实现与前端电路的集成化设计.同时该天线具有比较好的辐射方向特性,是一种性能较好、具有实用价值、能广泛应用于超宽带系统中的超宽带天线.参考文献:[1]Federal Communications Commission .First report and order[B /OL ].http :∥hraunfo ss .fcc .gov /edocs -public /attach -match /FCC -05-153A 1.pdf ,2005-09-23.[2]刘培国,刘克成,等.一种新型超宽带平面天线的FDT D分析[J ].电子学报,2000,28(6):86-88.LIU Pei -guo LIU Ke -cheng ,et al .FDT D analysis of an ultra -wide band planar antenna [J ].Acta Electronica Sinica ,2000,28(6):86-88.(in Chinese )[3]张文梅,陈雪,等.平面超宽带天线的设计与研究[J ].电波科学学报,2008,23(2):335-339.ZHANG Wen -mei ,CHEN Xue ,et al .Desig n of planar UWB antennas [J ].Chinese Journal of Radio Science ,2008,23(2):335-339.(in Chinese )[4]程勇,吕文俊,等.一种小型平面超宽带天线的设计与研究[J ].电波科学学报,2006,21(4):582-585.CHENG Yo ng ,L Wen -jun ,et al .Design and analy sis of a compact planar ultra -wideband antenna [J ].Chinese Jou rnal of Radio Science ,2006,21(4):582-585.(in Chinese )2865第　12　期叶亮华:一种小型的具有良好陷波特性的超宽带缝隙天线[5]Z A Zheng,Q X Chu.CPW-fed ultr a-wideband antenna withcompact size[J].Electron Lett,2009,45(12):593-594. [6]Q X Chu,Y Y Yang.A compact ultrawideband antenna with3.4/5.5GHz dual band-notched characteristics[J].IEEE TransAntennas Propag,2008,56(12):3637-3644.[7]褚庆昕,杨颖颖.一种小型平面陷波超宽带天线[J].华南理工大学学报(自然科学版),2008,36(9):77-80.CHU Qi ng-xin,YANG Ying-ying.A compact planar ultra-wideband antenna with notch characteristics[J].Journal of South China University o f Technology(Natu ral Science Edi-tio n),2008,36(9):77-80.(in Chinese)[8]周海进,孙保华,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.ZHOU Hai-jin,SU N Bao-hua,et al.Design and analysis of a planar ultra-wideband antenna with dual band-notched charac-teristics[J].Journal of Microwaves,2009,25(3):13-17.(in Chinese)[9]程勇,吕文俊,等.一种小型陷波多用途超宽带天线[J].微波学报,2007,23(1):20-24.CHENG Yong,L Wen-jun,et al.A compact frequency notched ultra-wideband antenna for mu ltiple application[J].Journal of Microwaves,2007,23(1):20-24.(i n Chi nese) [10]D D Krishna,M Gopikrishna,et al.Ultra-wideband slot anten-na for wireless USB do ngle applications[J].Electron Lett,2008,44(18):1057-1058.[11]Y C Lin,K J Hu pact u ltrawideband rectangular aper-ture antenna and band-notched designs[J].IEEE T rans Anten-nas Propag,2006,54(11):3075-3081.[12]C Y Huang,S A Huang,et al.Band-notched ultra-widebandcircular slot antenna with inverted C-shaped parasitic strip[J]Electro n Lett,2008,44(15):891-892.[13]C J Pan,C Lee,et al.Band-notched ultr awideband slot anten-na[J].Microw Opt Techno l Lett,2006,48(12):2444-2446.[14]S W Qu,J L Li,et al.U ltrawideband striploaded circular slotantenna with i mproved radiation patterns[J].IEEE Trans An-tennas Propag,2007,55(11):3348-3353.作者简介:叶亮华　男,1984年生于赣州,华南理工大学电子与信息学院硕士研究生,研究方向为多频天线和超宽带天线的设计.E-mail:lianghua.ye@mail.s 褚庆昕　男,1958年生于陕西,华南理工大学电子与信息学院教授、博士生导师、射频与无线技术研究所所长.目前主要研究领域包括无线通信中的射频电路和天线、微波集成电路的全域建模、有源集成天线与空间功率合成、计算电磁学等.E-mail:qxchu@2866 电 子 学 报2010年。

2013年第06期，第46卷通信技术 Vol.46，No.06,2013 总第258期 Communications Technology No.258,Totally一种新颖的超宽带平面等角螺旋天线的设计罗旺（电子科技大学物理电子学院，四川成都 611731）【摘要】分析了平面螺旋天线的研究方法，并设计了工作于2～12 GHz的新颖的超宽带平面等角螺旋天线，由天线的宽带特性指标和平衡结构特性，天线两臂的辐射部分设计了一种带环状贴片的天线辐射结构，使圆极化轴比带内小于3 dB，天线馈电部分设计了一种阻抗为指数渐变和梯形渐变相结合的双线形式微带线宽带巴伦，并可采用50 W同轴探针馈电，使带内反射系数小于-10 dB。

测试结果表明，馈电的微带巴伦和天线带环状的结构形式都表现出良好的宽频带和圆极化特性。

【关键词】宽带巴伦；平面等角螺旋天线；圆极化轴比；反射系数【中图分类号】TN822 【文献标识码】A 【文章编号】1002-0802(2013)06-0012-03 Design of A Novel Ultra-wideband Planar Equiangular Spiral AntennaLUO Wang(College of Physical Electronics, ESTUC, Sichuan Chengdu 611731, China)【Abstract】The planar spiral antenna research methods are analyzed, and the planar equiangular spiral antenna working in 2～12 GHz novel ultra-wideband is designed. For the balanced structure and broadband characteristics of the antenna, a belt-ring stickers antenna radiating structure for the antenna radiation part is designed, so that the circular polarization axis is less than 3dB than the band, while a two-form microstrip line broadband balun combining the impedance index gradient and trapezoidal grodient is designed for the antenna feed part, and 50W coaxial probe feed may also be adopted, so that the reflection coefficient could be less than -10dB band. The measurement results indicate that both the antenna and the balun exhibit good circular polarization and broad-band property.【Key words】broadband balun; planar equiangular spiral antenna; circular polarization axial ratio; reflection coefficient0 引言平面螺旋天线是一种比较常见的超宽带天线，它本身属于非频变天线系列。

一种超宽带缝隙型天线设计
杨晓梅;宗卫华
【期刊名称】《工业控制计算机》
【年(卷),期】2016(029)001
【摘要】提出了一种超宽带缝隙天线,印刷在0.8mm厚FR4电路板上,尺寸为2529mm2.缝隙形状为开路矩形与闭合圆形相组合结构,馈电结构为50Ω微带线与圆形贴片以及矩形贴片相组合.给出天线带宽随着尺寸变化的仿真曲线,测试的-
10dB频率范围为2.75GHz～10.05GHz.
【总页数】2页(P71-72)
【作者】杨晓梅;宗卫华
【作者单位】青岛大学自动化工程学院,山东青岛266071;青岛大学自动化工程学院,山东青岛266071
【正文语种】中文
【相关文献】
1.一种新型的超宽带锥削缝隙天线设计 [J], 路严;赵益民;胡巨航
2.紧凑型4×4单元超宽带MIMO缝隙天线设计 [J], 郝芸;叶喜红;张志利
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4.一种小型化双陷波超宽带MIMO缝隙天线设计 [J], 苏勇铭;黄玉兰;吕梅
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