改进杠铃形超宽带天线

2011-06-03 01:42:00来源: 电子发烧友
    超宽带(UWB)技术作为一种无线通信技术,在短距离室内高速无线通信方面也受到人们越来越多的关注。根据FCC规定,将3.1~10.6 GHz之间的7.5 GHz频段分配给超宽带通信业务使用。在超宽带系统中,超宽带天线是关键部件,因此,相当多的研究者致力于超宽带天线的发展,以实现高的数据传输速率、低功耗、简单的硬件结构,如射频识别、传感器网络、雷达、定位跟踪等。

  近来许多研究集中在分形天线,分形天线的优点如尺寸小、重量轻、厚度薄正好满足手持设备的要求,采用分形概念是天线原理与设计很有前景的研究方向之一,许多研究者对分形天线做出了积极的研究,如带有分形双枝树缝隙的双波段开槽共面波导馈电天线,采用分形概念的树形超宽带天线和超宽带杠铃形天线,Sierpinski分形天线和snowflake分形天线等。这些天线通过采用不同结构的分形特性,能得到更好的阻抗匹配带宽和辐射方向图

  本文在超宽带杠铃形天线基础上,提出了一种改进措施,从而获得更好的阻抗带宽,天线采用部分接地技术和分形概念。

  1 天线结构设计

  杠铃形及改进的杠铃形超宽带天线结构如图1和图2所示,图中给出了天线的顶视和侧视图,辐射单元长度为Wo,宽度为Lo,馈线宽度Wf,长度为Lf,辐射单元蚀刻在FR4基板上(厚度h=1.5mm,εr=4.4),基板尺寸为Lsub×Wsub,天线背面有部分接地面,尺寸为Lg×Wsub。改进的杠铃形超宽带天线是在图1结构基础上蚀刻出台阶形缺口,对应缺口的尺寸为W1,W2,…,W5和L1,L2,…,L5,天线辐射单元位于x-y平面,辐射单元厚度方向对应x-z平面。

  

2 天线仿真

  按照图1和图2尺寸采用HFSS 10.0进行了仿真,回波损耗仿真结果如图3所示。可以看出图2的回波损耗低于图1,图2天线回波损耗小于-10 dB带宽为72.6%(3.48~7.45 GHz);按照图2结构加工出改进的杠铃形超宽带天线,馈电采用50 Ω同轴侧馈,回波损耗实测结果如图3所示,回波损耗小于-10 dB,带宽为74.7%(3.45~7.56 GHz)。

  图4和图5分别为图1,图2结构时天线在x-z,y-z平面方向图(对应频率4 GHz,5 GHz和6 GHz),可以看出两种结构的天线Eθ基本重合,而Eφ的大小在-20~-15 dB以下,从图中可看出两种结构天线方向图基本一致。

  

 

  从图4和图5方向图可以看出,在z轴(θ=0°)和-z轴(θ=180°)近似为零点,而最大辐射方向不在θ=90°方向。

  

 

  图6为对应频率f=4 GHz,6 GHz时的三维方向图及加工的实物照片,频率为5 GHz及4 GHz时方向图相似,频率为4 GHz时,增益为3.47 dB,频率为6 GHz时,增益为3.15 dB。

  3 结论

  提出了一种改进的杠铃形超宽带天线,通过在杠铃形天线上增加阶梯形缺口,使天线回波损耗更小,而天线方向图与原杠铃形天线基本一致,实测结果表明,改进的杠铃形超宽带天线回波损耗小于-10 dB,带宽达74.7%(3.45~7.56 GHz)。

关键字:杠铃形  超宽带天线  回波损耗  方向图

编辑:北极风 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/xfdz/2011/0603/article_6726.html
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