隨著室內(nèi)高速無線數(shù)據(jù)接入技術(shù)的發(fā)展，要求無線通信系統(tǒng)具有更大的數(shù)據(jù)吞吐量。特別是IEEE802.15.3a標準提出分配3.1～10.6 GHz頻段給超寬帶使用后，超寬帶通信系統(tǒng)越來越受到重視?？紤]到與以往天線的設(shè)計要求，UWB天線不僅要求天線具有體積小、良好的輻射效率、全向覆蓋特性，同時應(yīng)避免和其他通信系統(tǒng)相互干擾，主要重疊的通訊頻段有WLAN(5.2～5.8 GHz)，WIMAX(3.3～3.6 GHz)和c波段(3.7～4.2 GHz)雷達通信系統(tǒng)，因此能否實現(xiàn)小型化UWB天線及雙阻帶性能已成為當今研究的重點。

　　微帶天線以其剖面薄、體積小、重量輕、可與載體表面相共形、易集成、成本低、易制作等優(yōu)點備受關(guān)注，常見的小型UWB天線主要包括印刷型單極子和寬縫隙天線。從上述背景出發(fā)，本文設(shè)計了一種雙U縫隙的UWB天線，帶寬2.97～12.75 GHz(VSWR<2)，在滿足天線性能的基礎(chǔ)上實現(xiàn)了雙阻帶功能565 MHz(3.35～4.00 GHz)和590 GHz(5.23～5.82 GHz)。在天線設(shè)計中，地板采用了CPW饋電結(jié)構(gòu)，通過調(diào)節(jié)饋線寬度W3可以達到高頻匹配，實現(xiàn)設(shè)計天線的小型化;輻射板采用了圓形輻射板CDM，通過調(diào)節(jié)它的半徑可以實現(xiàn)低頻段的阻抗匹配;輻射板上雙U縫隙的作用是產(chǎn)生雙阻帶，避免與其他通訊系統(tǒng)產(chǎn)生相互干擾。

　　在經(jīng)驗的基礎(chǔ)上進行了大量的仿真實驗，獲得天線的具體結(jié)果參數(shù)。通過實物測量，顯示天線性能基本得到滿足，是一種具有實用意義的UWB天線。

　　1 天線結(jié)構(gòu)設(shè)計

　　天線的具體尺寸結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。圓形輻射板、微帶饋線和地板印制在FR4介質(zhì)板的同一面，F(xiàn)R4介質(zhì)板厚度h=1.0 mm，相對介電常數(shù)εr=4.4，尺寸為20.0 mm×27.0 mm×1.0 mm。饋線寬度設(shè)計為W3=5 mm與50 Ω端口進行匹配。其中，天線尺寸為：W=20 mm，L=27 mm，R=10 mm，W1=8 mm，W2=3.5 mm，W3=5.0 mm，L1=10mm，L1=10.2 mm，L2=7.8 mm，s1=0.8 mm，s2=1 mm，s3=0.6 mm。

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　　圖1 天線的具體尺寸結(jié)構(gòu)示意圖

　　(1)地板對天線駐波的影響。

　　基于圓形輻射板超寬帶天線理論已被廣泛引用。文中超寬帶天線的輻射板采用圓形輻射板，在天線設(shè)計中采用了新型復合地板，它由兩個半橢圓組成通，通過調(diào)節(jié)橢圓主半徑和長短軸比，可以實現(xiàn)高頻段的阻抗匹配(VSWR<2)。

　　在天線設(shè)計中為了實現(xiàn)天線的小型化，可以通過調(diào)節(jié)地板的參數(shù)使得天線的駐波比特性達到設(shè)計要求。設(shè)計天線的寬度W=20 mm情況下，仿真結(jié)果中橢圓的主半徑為4.9mm，如圖2所示，實現(xiàn)了小型化天線的設(shè)計。

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　　圖2 駐波比隨W1變化的特性

　　(2)U型縫隙對天線駐波的影響。

　　通過在饋線和輻射板上設(shè)計雙U型縫隙實現(xiàn)了雙陷波特性。圖3所示給出了設(shè)計天線開鑿對駐波比的影響。從圖中可以看出，該天線的帶寬為2.97～12.75 GHz，已經(jīng)超過了超寬帶所給定的帶寬3.0～10.6 GHz。腐蝕在饋線和輻射板上的U型縫隙寬度分別設(shè)為S1，S2和S3，大小直接影響阻帶帶寬。與文獻的設(shè)計比較，它們的縫隙都是開在輻射板上，這種設(shè)計可以在輻射板上激勵新的電流起到諧振作用。本文開了兩個U型縫隙，可以產(chǎn)生雙諧振作用。

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　　圖3 開鑿前后天線的駐波比特性

　　縫隙2開在輻射板和饋線的連接部分，它的設(shè)計特點在于不僅可以產(chǎn)生諧振，而且對饋線電流到輻射板電流起到匹配作用。當改變縫隙2的位置時，可以減小饋線和輻射板之間的反射，調(diào)節(jié)駐波比的大小。

　　仿真過程中發(fā)現(xiàn)中心諧振頻率被縫隙的長度L1，L2直接影響，長度變短時，中心頻率變大，否則相反。通過分析知道，縫隙的本質(zhì)作用相當于1/2波長諧振器。在這個基礎(chǔ)上，通過仿真優(yōu)化實現(xiàn)了所需阻抗特性如圖4所示。加工時，寬度<0.1 mm的縫隙不易加工，所以仿真優(yōu)化中，S1，S2和S3最終取值分別是0.8 mm，1 mm和0.6 mm以達到整體優(yōu)化的折衷。

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　　圖4 駐波比隨L1、L2變化的特性