小型化平面印刷超寬帶天線設(shè)計(jì).pdf

1、自2002年美國(guó)聯(lián)邦通信委員會(huì)把3.1GHz-10.6GHz頻段分配給商用UWB通信系統(tǒng)以來(lái)，UWB無(wú)線技術(shù)以其高傳輸率、低發(fā)射功率、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)在短距高速無(wú)線通信中發(fā)揮巨大的作用?；?UWB通信技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，研究設(shè)計(jì)符合要求的UWB天線成為通信界近幾年的熱點(diǎn)問題和研究方向之一。UWB天線設(shè)計(jì)面臨的難題主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：輻射單元小型化、低相關(guān)UWB分集天線、陷波特性天線。本文針對(duì)這三方面分別設(shè)計(jì)了適用于UWB移動(dòng)通信系統(tǒng)的多

2、款超寬帶天線，文中所有仿真數(shù)據(jù)均采用電磁仿真軟件Ansoft HFSS15.0，實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)均采用AgilentN5230 20GHz網(wǎng)絡(luò)分析儀。本文的具體研究下面給出。
　　考慮到微波電路的集成化需求，天線小型化成為UWB天線設(shè)計(jì)的重要指標(biāo)之一。因此，本文首先提出了兩種實(shí)現(xiàn)天線小型化的方法，一種是利用在地板上加載非對(duì)稱枝節(jié)的方法，一種采用非對(duì)稱共面帶線ACS結(jié)構(gòu)對(duì)原型天線裁半的方法。設(shè)計(jì)兩款結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單尺寸緊湊的UWB天線A1和A2，其

3、中A2是A1非對(duì)稱切半得到，通過優(yōu)化地板枝節(jié)結(jié)構(gòu)和微帶饋電線寬度來(lái)調(diào)節(jié)因切半引起的阻抗不匹配，A2天線整體尺寸比A1縮減了45％。實(shí)測(cè)結(jié)果表明，天線的回波損耗和電壓駐波比與仿真數(shù)據(jù)吻合，均能在實(shí)現(xiàn)小型化的同時(shí)獲得良好UWB性能。
　　由于 UWB系統(tǒng)傳輸功率低，更容易受到多徑衰落的影響。為了解決這一問題，MIMO技術(shù)被引入到 UWB天線設(shè)計(jì)中，在改善鏈路質(zhì)量的同時(shí)提升信道容量。UWB-MIMO天線設(shè)計(jì)一大難點(diǎn)是如何在有限空間內(nèi)降低

4、天線單元之間相關(guān)性。針對(duì)這一難點(diǎn)，在先前設(shè)計(jì)兩款小型化UWB天線單元的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了三款隔離度高相關(guān)性低的UWB-MIMO天線MA1、MA2和MA3，其中MA1通過正交放置天線單元來(lái)獲得高隔離度；MA2和MA3通過在天線間添加解耦合結(jié)構(gòu)：枝節(jié)和地板開縫有效實(shí)現(xiàn)低相關(guān)性，并進(jìn)一步對(duì)實(shí)現(xiàn)解耦結(jié)構(gòu)的參數(shù)分析優(yōu)化。實(shí)測(cè)結(jié)果表明，所設(shè)計(jì)三款UWB-MIMO天線的實(shí)測(cè)與仿真數(shù)據(jù)吻合，能夠很好在3.1GHz-10.6GHz頻段內(nèi)實(shí)現(xiàn)回波損耗S11(或

5、S22)＜-10dB、隔離度S12(或S21)＜-15dB，而三款天線兩個(gè)輻射單元間的相關(guān)系數(shù)在整個(gè)UWB頻段內(nèi)ρECC＜0.15尺寸小且相關(guān)性低適合手持設(shè)備。
　　在非對(duì)稱共面帶線饋電UWB天線A2基礎(chǔ)上，通過添加C形和L形陷波結(jié)構(gòu)的金屬條帶，設(shè)計(jì)一款具有雙陷波特性UWB天線，分別濾除WiMAX(3.3GHz–3.7GHz)和WLAN(5.15GHz–5.825GHz)頻段，并對(duì)陷波結(jié)構(gòu)優(yōu)化，通過仿真驗(yàn)證所設(shè)計(jì)的天線具有良好的帶