平面超宽带天线的设计与研究

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1、万方数据第23卷第2期2008年4月电波科学学报CHINESEJOURNALOFRADIOSCIENCEV01．23，No．2April，2008文章编号1005一0388(2008)02—0335—05平面超宽带天线的设计与研究’张文梅1☆陈雪2韩国瑞1陈新伟1(1．山西大学物理电子工程学院，山西太原030006；2．太原师范学院物理系，山西太原030012)摘要提出了两种新型的平面超宽带(UWB)天线，这两种天线的馈电单元和辐射单元都采用了矩形与圆形的组合结构，使得天线的工作带宽展宽。通过数值分析和实验结果表明，两种天线可获得较宽的工作带宽，能满足UWB天线3．1～

2、10．6GHz的带宽要求。同时，具有良好、稳定的全向辐射特性和较高的增益，有较好的实用价值。关键词超宽带；宽缝隙天线；共面波导(CPW)中图分类号TN82；TN91文献标志码ADesignofplanarUWBantennasZHANGW明一meilCHENXudHANGuo-ruilCHENXin-weil(1．CollegeofPhysicsandElectronics，ShanxiUniversity，ShanxiTa毋纰竹030006，China，2．Departmentofphysics，TaiyuanNormalUniversity，ShanxiTaiyua

3、n030012，China)AbstractTwokindsofnovelplanarUWBantennasareproposed．Forimprovingthebandwidthsofantennas，thesemicircleandrectanglestructurearecombinedastheradiatorandfeedcellofantennas．ThesimulatedandmeasuredresultsshowthatthesetwokindsofantennascanmeettheneedofUWBsystemintherangeof3．1～10．6

4、GHz．Meanwhile，relativestableandgoodomni-directionalradiationperformanceandhighgainhavealsobeenachieved．Keywordsultra-wideband(UWB)；wide-slotantenna；coplanarwaveguide(CPW)1引言近年来，随着无线通信技术的日益普及，超宽带(Ultra-WideBand，UWB)无线通信技术以其低功耗、高带宽、低复杂度等优点而倍受重视，已成为目前短距离无线通信的一大研究热点。与其他系统的天线相比，UWB通信系统的天线必须具有

5、体积小、带宽宽、全向覆盖等特点。这几年，国际上已研究了不少新型的UWB天线，文献[1～3]提出的新型结构是平面印刷单极天线，该类型天线不需要另加与之垂直的地板，其辐射贴片与地板在一个介质面上，中间通过CPW进行馈电。文献[-4-1中的UWB天线则是采用宽缝隙结构，这类天线是由最早出现的渐变式缝隙结构发展为现在的边射式宽带印刷缝隙结构，工作带宽可达到2～10GHz。另外，文献[5～7]中提到的天线是微带线结构的超宽带天线，其工作带宽为2～7GHz。提出了两种基于部分圆形贴片的UWB天线。第一种天线采用微带线馈电，第二种天线采用CPW馈电，辐射贴片与地板在一个介质面上。后者

6、具有比前者更低的辐射损耗、更小的散射，其阻抗特性和相速对介质层厚度的依赖性很小，而更多地依靠导体表面的平面尺寸，而且天线不需要进行任何加载，就可以得到很好的性能。两种新型的天线都满足-收稿日期：2007—02—12．基金项目：国家自然科学基金项目(60771052)；山西省自然科学基金项目(2006011029)；太原市科技项耳(0703004)资助☆E-mail：zhangwm@SXU．edu．cn335万方数据336电波科学学报第23卷UWB天线3．1～lO．6GHz的带宽要求，同时，在工作频带内具有良好的近似全向辐射特性，因此，是具有实用价值的UWB天线。2微带馈

7、电的宽缝隙Im偈天线微带线馈电的宽缝隙UWB天线如图1所示。该天线的特点是采用一个四角都是四分之一圆弧的长方形缝隙结构，馈电微带的结构在圆形的基础上做了一些改进，上下两边均采用直线设计，而左右两边设计成半圆弧形。这种形状通过接地板的宽缝隙与长圆形贴片形成强耦合，可以使馈线与地板缝隙的阻抗随频率变化形成互补，从而使得天线在很宽的频率范围内都能达到良好的匹配。微带线的输入端阻抗为50Q时，天线的特性主要由缝隙圆弧的半径ro和馈电微带的半圆形半径，-决定。不同r0和r时的仿真结果如图2、3所示。其中典型的参数为r0=10mm，，．一8．3mm，