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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,超宽带威廉希尔官方网站 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威廉希尔官方网站 。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。 |
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3个回答
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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 |
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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。 6GHz E 平面 (Y-Z 平面) 6GHz H 平面(Y-X 平面)图3(A) 9 GHz E 平面(Y-Z 平面) 9 GHz H 平面 (Y-X 平面)图3 (B) 16 GHz E 平面 (Y-Z 平面) 16 GHz H 平面 (Y-X 平面)图3 (C) 图3 天线的辐射方向图 图4 天线的增益 图4为天线的增益对频率的变化,从图中那个可以看出在频率为2.8 GHz -18.6 GHz的范围内天线的增益为1.7 dBi 到5.05 dBi 之间。 |
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4、不同参数与几何结构对天线的影响
在天线的设计中,有些敏感的参数将会很大的影响天线的性能。为了使天线的性能达到最优,将会在仿真中对这些参数进行参数扫描。从仿真结果中可以看出参数变化对天线性能的影响,从而选择最终合适的参数。图5和图6是不同参数的变化与天线性能的关系,从图中可以看出当g=1mm,W1=4mm时天线的仿真结果最好。 图5 取不同的g时天线的回波损耗 图6 取不同的w1时天线的回波损耗 为了减小天线的反射损耗,对天线的直角进行了导圆角。使天线的反射减小,从而也在一定程度上优化了天线的性能。图8为导圆角前后天线的仿真结果,从图中可以看出,导圆角后天线的回波损耗有所减小。 图7 两种不同形状的天线 图8 两种不同天线的回波损耗 5、结论 本文所设计的平面单极子超宽带天线基于微带馈电,具有较宽的带宽。通过锥形渐变馈线和不对称馈电增加了天线的带宽,使天线的回波损耗在2.8 GHz -18.6 GHz的带宽内小于-10dB。同时天线的结构简单、紧凑,易于加工,所以该天线完全符合小型化超宽带天线的设计标准。 |
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