1 引言

　　超寬帶（UWB）無線通信技術以其極大的容量和極小的功率特性等優(yōu)勢，成為這個時代最具潛力的技術之一。近年來，隨著超寬帶技術的不斷發(fā)展，超寬帶天線已在衛(wèi)星通信、雷達、電子對抗系統(tǒng)等方面得到了廣泛的應用。另一方面，為了應對無線通信系統(tǒng)日趨小型化集成化的趨勢，超寬帶天線的小型化成為近年來研究的熱點與難點。寬帶平面單極子天線由于具有超寬頻帶，良好的輻射特性，緊湊的結(jié)構(gòu)和容易制作等優(yōu)勢而成為將來最有前景的超寬帶天線之一。常見的超寬帶平面單極子天線有：矩形，圓形，橢圓形，蝶形等。基于以上背景，本文提出了一種采用微帶線饋電，具有4.93：1的阻抗帶寬的Y形平面單極子天線，通過對地板進行開槽，切角很好的擴展了天線帶寬，覆蓋了整個2.96～14.6GHz頻段，而且在整個頻帶內(nèi)獲得了良好的阻抗匹配，駐波比VSWR在幾乎整個頻帶內(nèi)都小于1.5。同時，該天線的尺寸只有25×24×1.6mm3，且在整個頻帶內(nèi)都具有良好的輻射特性，滿足了對無線超寬帶通信的各種要求，具有良好的實用性。

　　2 天線結(jié)構(gòu)及設計

　　本文提出的新型超寬帶天線如圖1所示。Y形輻射貼片和50Ω的微帶饋線印制在尺寸為L×W×H=25×24×1.6mm3，相對介電常數(shù)εr=4.5的FR-4介質(zhì)基板正面，而帶有矩形開槽的梯形地板印制在介質(zhì)板的背面。50Ω的微帶線寬度wf=3.2mm，固定不變。Y形輻射貼片是在原始的矩形貼片的基礎上，分別在它的左下方、右下方和正上方減去三個橢圓貼片而形成的，左右橢圓貼片對稱，尺寸如圖1所示，左右的兩個橢圓貼片的半長軸r1=（w-wf）/2=10.4mm，半短軸r2=2mm，而正上方橢圓貼片的半長軸 r3=15mm，半短軸r4=6mm。通過這種帶弧形邊的Y形結(jié)構(gòu)可以有效的改善阻抗匹配，展寬頻帶。

　　3 優(yōu)化結(jié)果及其分析

　　為了更好的研究天線各個部分對天線整體性能的影響，我們通過商業(yè)仿真軟件CST進行了一系列參數(shù)掃描和優(yōu)化。其中r2對天線的整體阻抗匹配具有重要的影響，如圖2所示，通過增加或減小r2，天線的阻抗匹配變差且諧振點減少，因此通過優(yōu)化我們最終選擇r2為2mm。r3不僅可以調(diào)節(jié)高頻段的阻抗匹配，還可以通過影響電流長度來降低頻帶的較低頻率。r4對高頻段的阻抗匹配有影響，特別是對第四個諧振頻率點。帶切角并開槽的地板是本天線設計的有效部分，修改后的地板上的電流分布影響了天線的阻抗特性。結(jié)果，通過對地板切角，能夠極大的擴展帶寬，并且再在地板上開矩形槽不但可以增大一定帶寬，還能改善整個通帶內(nèi)的阻抗匹配。地板變化對回波損耗的影響如圖3所示，可見該天線能夠完全覆蓋超寬帶通信所需頻帶，而且?guī)缀跽麄€頻帶內(nèi)駐波比VSWR都小于1.5。天線的輻射方向圖如圖4所示，天線的表現(xiàn)與典型的印刷單極子天線非常類似。H面（phi=0）呈現(xiàn)的幾乎是全向的、穩(wěn)定的輻射特性，但是，在高頻段有惡化，這是因為在高頻段天線的電長度增大了，電流輻射在遠場有局部抵消或疊加。