一种3—12GHz双陷波超宽带天线的设计

邱诗浩++陈燕婷

摘 要自从美国联邦通信委员会（FCC）批准了超宽带（Ultra-Wideband，UWB）技术可用于民用，将3.1GHz-10.6GHz 作为超宽带天线的工作频谱范围后，超宽带通信系统的设计已成为通信系统设计领域的焦点。然而，由于超宽带技术带宽极大，容易受其他通信系統的影响。因此，一种在特定频段且具有陷波功能的超宽带天线亟待推出，本文设计并优化了一种双陷波超宽带天线，使其在3.4-3.6GHz和5.15-5.825GHz即WiMAX和WLAN所在的频段同时具有较好的抗干扰特性。

【关键词】超宽带微带天线驻波比 增益

1 引言

随着通信技术的不断发展，通信手段变得种类繁多，短距离通信成为了现代人生活中不可或缺的一部分。而随着个人无线通信局域网的（WPAN）逐渐流行，WLAN、传统蓝牙、Home RF等已经不能满足日益增长的通信要求，因此，一种新型的短距离通信技术呼之欲出，而超宽带技术（Ultra-Wideband，UWB）作为一种高性能、高速率、低成本、低功耗的通信手段，得到了人们的广泛认可和关注。

超宽带天线的带宽达到了3.1-10.6GHz，极大的带宽固然使其具有其他天线没有的种种优点，但也带来了一些缺陷。其中，干扰问题首当其冲，这是因为在超宽带天线的工作频率范围内，还存在着其他无线局域网例如WLAN（5.15-5.825GHz）、全球微波互联网络WiMAX（3.4-3.6GHz）和卫星通信系统等。为了抑制系统间的干扰又不提高成本，不少国内外学者都对如何实现超宽带天线的陷波功能进行了深入研究，产生陷波的方式有很多：如在天线的辐射单元上挖各种形状的窄缝隙，在天线结构上增加寄生枝节，或是改变地板形状等，使天线在特定的频段有较大的损耗，以达到陷波特性。微调缝隙或枝节的结构，就可以调节陷波的频率范围，最终达到设计要求。而本文设计并优化了一种双陷波超宽带天线，使其在3.4-3.6GHz和5.15-5.825GHz即WiMAX和WLAN所在的频段同时具有较好的抗干扰特性。

2 天线基本结构

如图1所示，天线印制在一块厚度为1.524mm，相对介电常数为3.55的RO4003TM介质板上。天线尺寸为28×24mm，通过一个50Ω的3.5×12mm的微带线馈电，工作频率为3-12GHz。另外，一个3.5×1.5mm的矩形凹槽被添加在地板上，为了实现天线的双陷波波特性，同时在贴片天线上添加一个C型缝隙和一个倒U型缝隙，在该天线结构中，固定Width和Width2分别为0.4mm和0.6mm，可调参数为Length与Length2，优化这两个参数的值，就能改变天线的陷波性能。

3 仿真与参数优化

在以上天线结构的基础上，分别改变Length和Length2的值，得到的软件仿真结果如图2和图3，从图像可以看出，改变Length和Length2的值可以使天线在3.5GHz和5.5GHz附近分别产生较大的驻波比，微调两个参数的值，就可以达到我们的设计目的。

为了实现在3.4-3.6GHz和5.15-5.825GHz两种频段同时陷波的目的，以排除来自WLAN和WiMAX（全球微波互联网络）的干扰信号，经过优化，选择了让上方的倒U型缝隙来实现中心频率为3.5GHz的陷波功能，其尺寸为Length2=7mm，Width2=0.6mm；而下方的C型槽则用来实现中心频率为5.5GHz的陷波功能，其尺寸为Length=1.6mm，Width=0.4mm。仿真结果如图4和图5所示，可以看出，在3.5GHz和5.5GHz附近有较大的驻波比和较小的增益，能够有效的抑制来自WLAN和WiMAX（全球微波互联网络）的干扰信号，达到了设计目的。

4 结论

超宽带天线由于其极大的带宽，易受到其他通信系统的干扰，本文设计了一种3-12GHz的超宽带微带天线，通过在贴片上增加双缝隙使天线在3.5GHz和5.5GHz附近产生陷波特性，以抑制来自WLAN和WiMAX（全球微波互联网络）的干扰信号。最后的仿真结果显示，本文所设计的天线基本满足了技术要求。

参考文献

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作者简介

邱诗浩（1994-），男，江西省赣州市人。硕士研究生。主要研究方向为天线设计和微波应用。

作者单位

华东师范大学信息科学技术学院 上海市 200241