基于微带馈电的平面单极子超宽带天线设计方案

　1 引言
　　自从2002年美国联邦通信委员会（Federal Communication Committee， FCC）开放超宽带标准以来，超宽带技术引起了人们越来越多的关注。超宽带传输具有高传输率，低辐射、低散射损耗等特点。用于脉冲辐射和接收的超宽带天线是超宽带系统的一项关键技术。所以对超宽带小型化天线的研究一直是一个热点。
　　过去几年的研究表明，TEM 喇叭 、贴片天线和开槽天线等可以作为超宽带天线使用，其中贴片天线有轮廓低、重量轻、容易集成和制造成本低等优点，在移动通信的应用中有潜在的优势。但是贴片天线的带宽比较窄，一些研究者已经尝试做了增进带宽的工作，电阻加 载和改变天线的形状是两类成功的尝试。电阻加载会降低天线的效。有的平面单极子天线有一个较大的地板与天线臂垂直放置，这给天线的小型化设计带来了不便。 共面波导馈电和开槽相结合的方法也可以增加天线的带宽。FCC批准商用的UWB 系统可以工作在3. 1~10. 6 GHz的频带内，本文尝试通过改变振子和馈线形状来增加带宽。通过仿真结果可以看出在2.8 GHz-18.6GHz的频带内回波损耗小于-10 dB。
　　2 天线结构
　　天线被设计在一块大小为25 mm × 30 mm，厚度为1.9 mm，介电常数为4.4的Rogers5880基片上。天线采用微带线馈电，辐射臂和地板分别位于基片的两侧，地板的大小为25 mm ×14 mm。为了增加天线的带宽，微带馈线被设计锥形渐变线，其长度为15 mm，输入阻抗为50Ω。在改变微带馈线形状的同时，也采用了非对称馈电的方法来增加天线的带宽，通过参数仿真，馈电点选在了天线偏左的位置。天线的具体 参数值为：单位（mm）
　　（1）介质基片：W=25，L=30，H1=1.9；（2）地板：L1=14，H2=0.08，g=1；（3）锥形渐变线：W1=3，W2=8，S=3.6，S1=1.6，L3=2.5，L4=3.5，L5=9，H=0.08；（4）辐射臂：W3=25，W4=15，r1=5，r2=5。
　　
　　图1 天线的结构
　　3 天线的仿真结果
　　为了使所设计的天线在回波损耗小于-10 dB的频带内具有最大的增益。设计中使用了基于有限元法的仿真软件CST MWS对天线的参数进行仿真优化。仿真的最后结果如图2所示，从中可以看到在2.8 GHz -18.6 GHz的带宽内，天线的回波损耗小于-10 dB。