超寬帶平面天線中實(shí)現(xiàn)頻帶抑制的方法

超 寬帶天線在軟件無(wú)線電系統(tǒng)、寬帶無(wú)線接入、電子對(duì)抗、探地雷達(dá)和電磁兼容測(cè)量等方面具有廣泛的應(yīng)用前景。隨著超寬帶平面單極子天線研究的深入及其廣泛應(yīng) 用，在FCC(Federal Communications Commission)分配的UWB頻段(3.1～10.6 GHz)中，對(duì)其他固定頻段的設(shè)備(如WLAN IEEE802.11a．對(duì)應(yīng)頻段5.15～5.35 GHz，5.725～5.825 GHz以及HIPERLAN／2對(duì)應(yīng)頻段5.15～5.35 GHz，5.47～5.725 GHz)將產(chǎn)生干擾，嚴(yán)重地影響了這些設(shè)備的正常工作。如何在超寬帶中實(shí)現(xiàn)頻帶抑制而不影響通帶內(nèi)的性能，成為超寬帶天線設(shè)計(jì)的研究熱點(diǎn)。本文從不同結(jié)構(gòu) 的超寬帶平面單極子天線實(shí)現(xiàn)頻帶抑制的方法出發(fā)，研究實(shí)現(xiàn)頻帶抑制的基本原理和常用方法。

1頻帶抑制的基本原理和實(shí)現(xiàn)方法

在 超寬帶平面單極子天線中，實(shí)現(xiàn)頻帶抑制的基本原理和方法就是設(shè)法避免產(chǎn)生或者消除天線上被抑制頻段對(duì)應(yīng)的電流。而消除抑制頻帶對(duì)應(yīng)的電流，應(yīng)通過(guò)改變天線 的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，這樣天線上的電流分布也將發(fā)生變化，其對(duì)應(yīng)的有效電長(zhǎng)度是被抑制頻帶波長(zhǎng)的1／2或者1／4。被改變電流分布后的天線相當(dāng)于增加了一個(gè)帶阻濾 波器，從而實(shí)現(xiàn)頻帶抑制。在超寬帶平面單極子天線中常用改變電流分布實(shí)現(xiàn)頻帶抑制。對(duì)于不同的超寬帶平面單極子天線結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)頻帶抑制的方法不同。下面進(jìn) 行具體的分析。 1.1 開孔、開槽平面貼片單極子天線實(shí)現(xiàn)頻帶抑制的方法
對(duì)于輻射貼片中開方 形、圓形或者橢圓形等形狀的平面天線結(jié)構(gòu)，通常采用在開孔部位對(duì)應(yīng)的接地面上增加寄生單元，通過(guò)寄生單元來(lái)改變電流的分布實(shí)現(xiàn)頻帶抑制。即通過(guò)引入寄生單 元，在被抑制的頻帶范圍內(nèi)，寄生單元上的電流方向與輻射貼片上的電流方向相反，從而在超寬帶頻譜上實(shí)現(xiàn)頻帶抑制。

圖1 (a)、(b)所示天線結(jié)構(gòu)為倒鐘型的輻射貼片、帶有凹槽的部分接地面以及寄生縫環(huán)。倒鐘型的輻射貼片可以增加低頻段的有效電長(zhǎng)度，通過(guò)調(diào)整部分接地面上 的凹槽尺寸可以獲得很寬頻帶內(nèi)較好的阻抗匹配，上凸形的接地面可以進(jìn)一步地改善超寬帶的阻抗匹豌特性。寄生環(huán)的引入改變了天線貼片上的電流分布，實(shí)現(xiàn)頻帶 抑制，其中寄生環(huán)的半環(huán)長(zhǎng)度L大約為1／4波長(zhǎng)，通過(guò)調(diào)整半環(huán)長(zhǎng)度L可以實(shí)現(xiàn)在不同頻率的抑制(圖1(c))。

開橢圓形孔的半橢圓形輻射，貼片，以及矩形條狀寄生單元如圖2所示。在輻射貼片邊緣開階梯狀槽可以實(shí)現(xiàn)高頻段的良好阻抗匹配。地面開凹槽的上凸形平面可以 實(shí)現(xiàn)很好的超寬帶特性。橢圓形孔正對(duì)的接地面，增加矩形條狀寄生單元來(lái)實(shí)現(xiàn)頻帶抑制，此單元改變天線上的電流分布，寄生單元的不同長(zhǎng)度和寬度可實(shí)現(xiàn)不同頻 帶的抑制，同時(shí)由圖2還可以看出被抑制的頻帶對(duì)長(zhǎng)度的響應(yīng)要比對(duì)寬度的響應(yīng)更為敏感。

通過(guò)在輻射貼片開U型槽以實(shí)現(xiàn)頻帶抑制，如圖3所示。通過(guò)邊緣階梯化以及改善饋線兩邊的匹配程度實(shí)現(xiàn)超寬帶性能，在輻射貼片上開U型槽，可以改變槽兩邊的電 流分布，電流方向相反，從而實(shí)現(xiàn)頻帶抑制。被抑制的頻帶由U型槽的尺寸決定，改變U型槽的長(zhǎng)度和寬度可以改變被抑制的頻帶。fh長(zhǎng)度越短被抑制的頻段越 高，fw寬度越寬被抑制的頻段越高。

1.2不規(guī)則形狀平面貼片單極子天線實(shí)現(xiàn)頻帶抑制的方法
如 圖4所示，位于微帶饋線與輻射片中間的傾斜的兩條微帶(左圖)，其寬度與長(zhǎng)度之比(W2／L2)對(duì)于天線在頻帶內(nèi)的阻抗匹配起著重要的作用。而接地面的長(zhǎng) 度L5可以進(jìn)一步改善阻抗的匹配程度。為了獲得指定頻段的抑制，在輻射兩分支貼片的頂端進(jìn)行容性加載，即將兩貼片向接地面折合，與輻射貼片相連，折合面的 長(zhǎng)度為介質(zhì)板的厚度。這種容性加載等效為工作在需要抑制的頻帶內(nèi)的串聯(lián)諧振器，同時(shí)在接地面的上方增加兩個(gè)寄生貼片單元，調(diào)節(jié)這兩個(gè)貼片的尺寸就可以調(diào)節(jié) 被抑制的頻帶，通過(guò)容性加載以及寄生貼片單元的作用，從而實(shí)現(xiàn)了頻帶抑制特性。