一种新型超宽带微带天线

摘要：目前超宽带无线通信成为研究的热点，同时对天线的研究提出新的挑战。提出了一种小型超宽叉形微带天线结构，首次采用对地板做开一个半圆形缝隙处理，提高了天线辐射性能，而对其他参数影响不大。通过数值模拟，该天线主抗带宽为3．5～14 GHz，基本覆盖了FCC建议的频段。其在XZ面具有良好的全向，在YZ平面辐射图具有很好的稳定性。此天线结构具有良好的辐射特性，基本满足了超宽带通信对天线的要求。
关键词：微带天线；半圆缝隙；超宽带；辐射图

O 引 言
    伴随着移动无线通信技术的迅猛发展，特别是一些可携带移动通信设备的需求，小型化超宽印刷微带天线的研究技术得到快速发展。美国通信委员会于2002年将3．1～10．6 GHz频段作为超宽通信使用，使超宽天线技术的研究成为一个新的研究热点。
    大量的不同类型超宽带平面微带单集子天线出现在相关文献中，如矩形、椭圆形、圆形、多面形等，但是有的很难与其他的微波器件集成在一起。最近有些文献提出了对地开矩形缝隙的处理，提高了主抗带宽。文献提出了对贴片开缝隙提高YZ平面辐射特性的一种方法，但其主抗带宽较小。在此提出了一种新型又形结构单集子微带天线，通过对原始五边形贴片结构进化、优化，使得主抗带宽在3．5～14 GHz。特别是对地做半圆形缝隙的处理，提高了天线的辐射特性，而未对主抗带宽形成较大影响。通过应用电磁高频仿真软件HFSS的仿真，此天线结构在3．5～8 GHz的频段内，其XZ面具有良好的全向性，并且在YZ面具有类偶集子辐射特性，在这个频段内，其辐射特性有较好的稳定性。

l 天线结构
    天线的结构如图1所示。仿真中的天线应用相对介电常数为4．4，tan σ=0．02的FR一4介质，其厚度h=1 mm，其尺寸为Wg=25 mm，L=25 mm，通过微带馈电。利用高频电磁仿真软件HFSS对天线进行仿真、优化，其最终结构如图1所示。

    天线各个参数分别如下：Lg=8．5 mm，L1=14．5 mm，L2=12．5 mm，L3=4 mm，Wl=4 mm．W2=3．1mm，W3=1．5 mm，W4=2．5 mm，W5=1．8 mm，其中对地开了一个小半圆缝隙，其半径R=0．9 mm。可以看出此天线结构能够很好地和其他的微波电路集成在一起，馈线的主抗设置为50 Ω，1．8mm×10mm。

2 仿真结果
    如图2所示，其阻抗带宽为3．5～14 GHz，其中心频率为8．25 GHz。可以看出此结构具有两个谐振点，分别是4．27 GHz和8．34 GHz。地板的半圆缝隙降低了5～8．2 GHz这个频段的s11参数，对12～14 GHz有明显的影响，但对其他的频段没有什么影响。可见地板的半圆形缝隙的引入对s11参数影响不大。

    图3是对地开半圆缝隙与未做处理的辐射图对比，可以看出在XZ，YZ面的辐射图均有很大改善。在XZ平面半圆缝隙对低频影响较大，降低了增益，使得增益在这个频段内变化比较平滑。在YZ平面，半圆形缝隙对90°，270°影响较大，使得在这个角度范围内增益变化较小，而对其他角度没有太大影响。同样半圆缝隙在YZ面对低频段也有较大的影响，提高了O°，180°辐射增益，降低了90°，270°的辐射增益，使得整体辐射具有较好的稳定性，对高频段影响较小。可能半圆缝隙产生了低频断谐波，使得XZ，YZ平面变化均较平滑。表1列出了4～8 GHz内，XZ平面的最高增益和最低增益。

3 结 语
    通过对天线各个参数的优化，以及在地平面开了一个半圆形缝隙，提高了天线辐射特性，该天线结构在4～8 GHz内，在XZ平面具有良好的全向性；在YZ平面具有类偶集子辐射特性。