基于分形及分布加載的帶陷波超寬帶天線.pdf

1、超寬帶(Ultra-WideBand,UWB)技術(shù)是目前研究的熱門話題之一,特別是2002年FCC將3.1GHz～10.6GHz頻段規(guī)定為民用頻段之后,受到國(guó)內(nèi)外研究者的廣泛關(guān)注。超寬帶天線設(shè)計(jì)的主要技術(shù)指標(biāo)包括在超寬頻帶內(nèi)阻抗匹配、具有良好的輻射方向特性和穩(wěn)定的增益,并且要求天線小型化、易安裝、低損耗和高效率。同時(shí),為了避免與現(xiàn)有各民用頻段(C波段通信系統(tǒng)3.7 GHz～4.2 GHz和WLAN系統(tǒng)5.15 GHz～5.825 GHz

2、)產(chǎn)生干擾,要求超寬帶天線具有陷波特性。
　　 本文主要針對(duì)國(guó)內(nèi)外超寬帶天線研究中存在的問(wèn)題,設(shè)計(jì)了四種類型的超寬帶天線,并進(jìn)行仿真研究和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。
　　 考慮到樹狀分形結(jié)構(gòu)具有原生態(tài)的遞歸寬度覆蓋、易于調(diào)諧等優(yōu)點(diǎn),我們首先設(shè)計(jì)了基于樹狀分形的寬縫隙超寬帶天線,通過(guò)改變樹枝和寬縫的尺寸,成功實(shí)現(xiàn)了3.7 GHz～4.2 GHz和5.15 GHz～5.825 GHz的頻段抑制。進(jìn)而對(duì)樹狀分形的寬縫隙天線采用等效參量法,分析

3、和優(yōu)化了天線的結(jié)構(gòu)參數(shù)及工藝參數(shù),設(shè)計(jì)并制作了基于階梯形縫隙和復(fù)合形縫隙的超寬帶天線,使得這兩款天線的相對(duì)帶寬比矩形縫隙展寬了20％左右。為了進(jìn)一步獲取本文提出的陷波效果,我們采用了分布加載調(diào)控技術(shù),通過(guò)腔模理論優(yōu)化設(shè)計(jì),達(dá)到了對(duì)5.15 GHz～5.825 GHz頻段進(jìn)行抑制,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)雙陷波功能。
　　 在以上新結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上,為了拓展頻帶寬度,我們將樹狀分形結(jié)構(gòu)進(jìn)行了Sierpinski改進(jìn),通過(guò)仿真優(yōu)化,有效地展寬頻帶,阻抗

4、帶寬達(dá)到3.95 GHz～13.57GHz,相對(duì)帶寬達(dá)109.8％,同時(shí)在接地面開一對(duì)稱的縫隙,能夠有效的抑制5.15GHz～5.825 GHz的干擾頻段,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)陷波功能。
　　 在樹狀分形結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上,將天線結(jié)構(gòu)進(jìn)行Hilbert分形改進(jìn),實(shí)現(xiàn)了超寬帶特性,通過(guò)在接地面開槽改變電流方向,有效地展寬頻帶;同時(shí)為了進(jìn)一步拓展阻抗帶寬,我們采用口徑耦合技術(shù),對(duì)單層Hilbert分形超寬帶天線和單層開槽型超寬帶天線分別進(jìn)行改進(jìn)優(yōu)化,

5、設(shè)計(jì)成雙層超寬帶天線,相對(duì)帶寬比對(duì)應(yīng)的單層天線分別展寬了15.3％和7.2％,且均具有較好的全向輻射特性,明顯提高了天線的增益。
　　 為了減小天線尺寸,并進(jìn)一步拓展阻抗帶寬,采用微帶線-槽線饋電,設(shè)計(jì)了一款結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的十字形超寬帶天線,尺寸為20×24×1.5 mm3,阻抗帶寬達(dá)到3.03GHz～15.88 GHz,相對(duì)帶寬達(dá)136.3％,實(shí)現(xiàn)了較好的寬帶特性。為了更好的獲取本文提出的陷波效果,分別采用接地面開一U形縫隙和輻射元

6、周圍添加一貼片的方法,實(shí)現(xiàn)天線對(duì)5.15 GHz～5.825 GHz干擾頻段的抑制。仿真和實(shí)測(cè)結(jié)果表明,這兩款天線的特性阻抗具有很好的帶阻特性,增益的抑制性能較好,對(duì)于干擾頻段的增益抑制最大值分別達(dá)到5.89 dB和9,30 dB。
　　 綜上所述,我們針對(duì)寬縫隙微帶線饋電和微帶線一槽線饋電結(jié)構(gòu),嘗試了樹狀分形、Sierpinski分形、Hilbert分形、十字形等多種新穎的結(jié)構(gòu),并用等效參量法、分布加載調(diào)控技術(shù)和口徑耦合技術(shù)等