淺析新型超寬帶微帶天線的研究與設計

劉俊良

摘要：隨著超寬帶通信技術的快速發(fā)展，對天線設計也提出更高的要求。然而傳統(tǒng)超寬帶通信中，采用的寬帶天線很難滿足工作頻帶、電路集成等要求，在此背景下便提出超寬帶天線，其不僅在工作頻帶上滿足超寬要求，且可實現(xiàn)電路集成目標。但實際應用中很可能有電磁干擾存在，需做好天線性能、尺寸等改進工作。本文主要對新型超寬帶微帶天線的相關概述、單極天線設計以及寬槽天線設計的思路進行探析。

關鍵詞：單極天線超寬帶天線微帶天線

前言：作為現(xiàn)代通信領域中的重要技術，超寬帶本身在帶寬上具有明顯的優(yōu)勢，其傳輸速率的般可達到百兆。但實際應用下多會考慮到天線設計問題，需保證其在阻抗帶寬上保持良好，在此基礎上配合窄帶接收機，有利于解決其中干擾問題。但該目標如何實現(xiàn)，關鍵取決于天線設計是否合理。因此，本文對天線的設計分析，具有十分重要的意義。

一、新型超寬帶微帶天線相關概述

關于天線帶寬，其實質為在標準頻率范圍內天線性能滿足定要求，如其中的極化、增益、方向細數(shù)、副瓣電平、效率以及輸入阻抗等。與傳統(tǒng)窄帶天線不同，超寬帶天線設計的內容集中表現(xiàn)為：①阻抗帶寬。相比窄帶天線，在帶寬范圍上超寬帶天線將超出三倍頻，這種情況下便使設計面臨較大難題，需將更多拓寬帶寬技術引入其中；②線性相位。為保證天線可靠運行，需保證相位中心不變，確保超寬帶天線應用下不會有色散問題產生；③方向圖問題。方向圖在實際設計中應體現(xiàn)出全向性特點，避免方向圖在頻率變化下出現(xiàn)畸變，保證天線損耗得到合理控制；④應用范圍較廣。超寬帶通信現(xiàn)行發(fā)展中，在保證滿足系統(tǒng)集成要求的基礎上，也需做到向低成本、小型化等方向發(fā)展，盡可能使其在更多商業(yè)、民用等領域得到廣泛利用。另外，超寬帶微帶天線設計中，還需做好天線數(shù)值分析，可考慮引入時域有限差分法、有限元法或矩量法等。而且需注意明確阻帶技術以及天線饋電方式，如同軸饋電、共面波導式以及微帶式等。

二、單極天線設計分析

本文在研究中所選取的新型超寬帶天線，其主要以Rogers RT5880作為基片，且.在介電常數(shù)上為2.65。該天線本身體現(xiàn)出易.于集成、成本低、重量輕以及低輪廓特征。整個天線選擇長半軸、短半軸分別為16.5mm.與12.5mm的半橢圓接地板。通過仿真發(fā)現(xiàn)，阻抗帶寬在10dB回波損耗情況下，將介于.3.3GHGz-8.TGHz之間，要求做好優(yōu)化阻抗帶寬工作。實際優(yōu)化中，首先需考慮對矩形接地板利用橢圓接地板代替，其目的在于使輻射單元受地板耦合作用減小，這樣可使的低頻電流路徑得以延長。其次可考慮將漸變式饋電結構引入其中，這樣75歐姆微帶線可保證帶寬更寬，在此基礎上匹配輻射單元阻抗，這樣對于天線駐波可多起到定的改善作用。

實際設計中，還需注意對單極天線阻帶工作原理、天線輻射特性以及電場能量具體分布情況進行研究。如在阻帶工作原理方面，以雙阻帶超寬天線為例，其在構成上集中表現(xiàn)為U/v形槽及其DGS結構，兩個結構在處于不同狀態(tài)情況下，天線頻率響應也極為不同，所以需對二者進行控制，確保天線正常運行。而對于天線輻射特性，實際設計過程中需對天線在與電場垂直方向、平行方向的平面上表現(xiàn)進行分析，做好方向圖的控制工作。通常面臨的問題主要表現(xiàn)在因低頻率波長長，使全向性較差，若電流在搞低頻率天線上表現(xiàn)出不同分布特征，便會產生輻射特性差別。這種設計方式下盡管輻射方向圖在整個頻段中難以保持，但能夠與全向輻射要求相適應。另外，在電場能量分布方面，設計中可考慮在天線貼片邊緣、微帶饋線邊緣進行天線分布，其可使能量有效輻射。

三、寬槽天線設計研究

現(xiàn)行超寬帶平面寬槽天線設計中，其本身體現(xiàn)出成本低、剖面小等特征，而且有較多通信頻段可被覆蓋其中，能夠滿足系統(tǒng)電磁兼容要求。具體設計過程中，首先需做好寬槽天線參數(shù)的明確，如其中的天線駐波，通常要求采用兩層階梯結構，這樣對于天線駐波可進行減少。而且階梯式饋電結構應用下，對于阻抗匹配也可起到明顯作用。同時在參數(shù)分析中，還需從開槽尺寸優(yōu)化方面著手，可結合天線駐波情況對尺寸參數(shù)進行控制。為滿足天線小型化要求，駐波在尺寸減小下會發(fā)生明顯變化，應盡可能使天線外輪廓、天線槽在距離上進行控制，以此使整個頻段中天線性能得以的維持。其次，在設計中還需對共面波導饋電進行考慮，其在優(yōu)勢上集中表現(xiàn)為制作容易且不會產生較大的輻射損耗，要求對地板與階梯間縫隙進行優(yōu)化，通過縫隙距離的有效控制，使饋線阻抗保持合理。最后，在天線阻帶與增益方面進行研究，設計中可考慮將開槽技術引入其中，其能夠滿足阻帶要求，且天線帶寬拓寬、電流路徑延長都可實現(xiàn)。另外，超寬帶頻段中，由于天線在增益平坦度上優(yōu)勢較為明顯，整體增益效果都較高，所以天線增益所受到的阻帶影響較小。由此可見，實際設計中應注意對帶寬受不同參數(shù)的影響進行分析，在天線尺寸減小的情況下，使電流突變得以控制，這樣對于電流在天線面中的分布能夠進行調整，天線阻抗特性由此得以改善。

四、結論

新型超寬帶天線在現(xiàn)代較多領域中應用都極為廣泛。為使該天線作用得以充分發(fā)揮，實際設計中應注重做好寬帶拓寬工作，且在天線駐波上進行改善，盡可能將其中存在的電磁干擾問題進行解決。同時需在超寬帶阻帶特性上不斷強化，結合實際需求選用不同類型天線，這樣才可充分發(fā)揮微帶天線的作用。