一个紧凑的多波段切口超宽频天线

文摘

一个简单和紧凑的共面波导(CPW) ultrawide带天线(UWB)。多波段停止函数是通过两个不同类型的乐队停止谐振器。广场是一个倾斜螺旋槽谐振器不同的大小和长度的蚀刻片,另一个是一个耦合谐振器蚀刻在地上飞机。这些谐振器提供了相当大的缺口增加带宽的停止。该天线的总大小毫米²。设计天线实现通带性能1.8 - -2.1 GHz (15.38%), 3.0 - -3.2 GHz (6.45%), 4.4 - -4.7 GHz (6.59%), 6.3 -6.4 GHz (1.57%), 8 - 11.2 GHz(33.33%),电压驻波比< 2和4停止乐队在2.4 - -2.8 GHz (15.38%), 3.2 - -3.7 GHz (14.49%), 5.5 6 GHz(8.69%)、7和6.5 GHz(7.40%),电压驻波比等于10。dBi天线增益峰值为3.8。测量结果表明,该天线辐射达到良好的阻抗匹配和一致的模式在操作带宽。

1。介绍

联邦通信委员会发布的频率范围内的商业操作超宽频2002年3.1 - -10.6 GHz。减少从WLAN波段干扰、WiMAX和一些C波段卫星服务的乐队,很多band-notched超宽频系统的过滤器是可取的。最近几双,多波段拒绝超宽频天线已报告。朱棣文和杨提出了一个紧凑的尺寸天线毫米²有两个嵌套的C形槽的修补,取得了只有两个拒绝乐队(1]。刘等人提出一个天线的大小毫米²与五角形状的辐射贴片上的两个弯槽双阻带抑制特色但这不是一个紧凑的尺寸天线(2]。殷等人开发了一个天线的大小毫米²有四个窄拒绝乐队使用两种不同类型的过滤器。然而,天线没有紧凑的大小(3]。金等人设计了一个天线的大小毫米²有四个窄拒绝乐队,但天线有大量地平面的大小(4]。廖等人捏造一个紧凑的尺寸天线毫米²有三个频率大幅缩小乐队使用三种不同类型的切口过滤器(5]。Azarmanesh等人提出了一种小尺寸毫米²单极天线只有两个停止乐队(6]。所有这些报道天线有较大的尺寸,宽没有容易拒绝带实现。进一步说,到目前为止没有超宽频天线使用电和磁耦合的概念在超宽频滤波器实现宽阻带。一般来说,只有很少有论文出来实现乐队停止函数中使用电和磁耦合乐队停止过滤器(7,8]。CPW乐队停止过滤基于叛逃地面结构(DGS)细胞有吸引力由于谐波抑制能力强等优点,宽阻带抑制和容易与其他微波集成电路,低插入损耗,等等9,10]。

摘要一个较小尺寸的天线毫米²提出了一个新的谐振器的设计。它由一个更大的和两个相等的小尺寸(1:2比率)倾斜广场螺旋槽谐振器(每个手臂倾斜45°的传统)和两种不同的开槽微带带阻谐振器(Y形和U形延伸)。耦合和蚀刻两岸的地平面以相反的方式得到四个乐队停止锋利的选择性特点。此外,电和磁耦合的概念用于乐队停止过滤器。

2。天线设计

提出了超宽频天线的几何形状和配置与乐队停止过滤器如图1。该天线是捏造FR4环氧底物的大小毫米²厚度1.6毫米,4.4的相对介电常数和损耗角正切的0.008,如图2。地平面的大小毫米²。50欧姆CPW传输线,由一条宽1.4毫米和0.3毫米之间的纵向差距的单一的地带和CPW地平面天线是用来喂养。IE3D软件是用来执行设计过程。

顺序嵌入楼梯结构下缘的矩形贴片帮助匹配块与饲料线宽的频率范围。每一步的宽度是3.5毫米,2.5毫米,3毫米和1.5毫米的高度。因为连续的存在不连续的补丁,将生成一些共鸣。通过调整饲料之间的下边缘块和地平面,带宽可以控制。优化饲料差距选为0.6毫米。地面开槽平面矩形切口毫米²将作为一个阻抗匹配元素。

3所示。带凹口滤波器设计1

乐队停止操作是通过蚀刻一个大倾斜螺旋槽的中心广场补丁和两个相等的小尺寸倾斜广场螺旋槽下面放置较大的一个,如图1创建两个共振,2.4 GHz和3.5 GHz给陷波带宽2.4 -2.8 GHz -3.7和3.2 GHz。方形螺旋槽谐振器的总长度大约是四分之一波长在2.4 GHz的更大的规模和3.5 GHz较小的尺寸。图3显示了倾斜螺旋槽谐振器与适当的维度。图4显示了该天线的电压驻波比的不同长度槽””,厚度””,让“”和““是常数。模拟结果表明,增加切口中心频率增加而其带宽减少。有更高的电流集中的中心谐振器的低浓度的电流发生谐振器。在这里电流的路径长度增加,螺旋长度增加导致更高的带宽。

同样当槽厚度”“略有增加从0.4毫米到0.8毫米,0.2毫米的步骤,可以看出切口中心频率和带宽的增加。这是由于较小的电容效应和槽的厚度从而增加低品质因数,因此更高等级的带宽。

同样大小的两个槽谐振器,两个相似的当前路径长度发生导致广泛的陷波带宽。的谐振器放置靠近进料点强衰减,从而发生任何电流所需的频率。通过引用图3,不同的参数值毫米(一个手臂的长度较大的平方螺旋槽谐振器),毫米,毫米,毫米到0.8毫米。

4所示。带凹口滤波器设计2

一般来说,带阻滤波器的设计过程非常类似于带通滤波器,因此一些技术中使用带通滤波器可直接应用于带阻滤波器应用程序(7]。图5显示了带阻滤波器的结构由两个平行耦合谐振器的长度λ/ 2和λ/ 4 6和7 GHz频率的设计。做空结束电感耦合谐振器的一侧和开放的谐振器电容耦合在另一边。这类似于混合耦合。做空的电感耦合部分,地面效应或通过洞是必要的。但是,在谐振器本身的长度作为一个短的一端(卖空λ/ 2带阻滤波器谐振器)不需要任何辅助孔或地面。抑制高次谐波的弯曲部分是首选在这两个谐振器结构。优化的参数毫米,毫米,毫米,毫米,毫米,毫米,毫米,°。这两个耦合谐振器放置在地平面的两侧。总过滤面积毫米²。

耦合更强,当两个谐振器之间的差距很小。当差距从0.5毫米到0.3毫米减少在步骤0.1中,发现电容效应增强,共振频率降低,相应的质量因素是减少与增加带宽。在一边,差距是0.3毫米时,电场的边缘耦合强烈比谐振器的主要部分,因此电动耦合比磁耦合。,因为更多的电容效应,发生强烈的电耦合,从而最少的电流。同样的,另一方面,大量的磁场耦合组件在整个地区的耦合谐振器除了在两侧边缘。因此,磁耦合是占主导地位的电耦合。随着磁耦合对缺口,电感效应的数量大幅减少,带宽增加。因为更大的电感效应,只有少量的电流流过谐振器。由于这种复杂的耦合效应,两个停止乐队出现在5.5 6 GHz 7和6.5 GHz。

5。结果与讨论

5.1。电压驻波比的测量

电压驻波比的测量与安捷伦8757 d进行标量网络分析仪。图6表明累计天线的性能与乐队停止过滤器。可以看出四个乐队停止2.4 - -2.8 GHz (15.38%), 3.2 - -3.7 GHz (14.49%), 5.5 6 GHz(8.69%)、7和6.5 GHz(7.40%)创建。通频带性能达到1.8 - -2.1 GHz (15.38%), 3.0 - -3.2 GHz (6.45%), 4.4 - -4.7 GHz (6.59%), 6.3 - -6.4 GHz (1.57%), 8 - 11.2 GHz(33.33%)和电压驻波比小于2。在阻带带宽计算的电压驻波比等于10的回波损耗是−2 dB。这表明信号几乎拒绝了。相对良好的测量和模拟结果之间的协议已经被观察到。

5.2。电流分布

数据7(一)和7 (b)显示了模拟电流分布在2.4 GHz和3.5 GHz。可以看出倾斜的广场上没有电流型槽谐振器导致带阻效应。同样,从图7 (c)在6.8 GHz,它可以注意到,由于强烈的电磁耦合最少的电流耦合谐振器的两侧。在这两种情况下乐队停止影响注意到。由于对称结构,在整个天线表面电流平衡。

5.3。辐射方向图

数据8(一个)和8 (b)显示了模拟copolarization辐射模式E面和H面3 GHz 4.5 GHz,分别和8个GHz。可以看出,辐射模式在E平面(y- - - - - -z)展品磁单极子的行为和在H平面(x- - - - - -y),该天线具有较好的全向辐射远场模式。然而,全向属性略有退化当工作频率增加。这可能由于不同的垂直和水平电流分布补丁增加当操作频率增加。然而,之间做一个平衡水平和垂直表面电流楼梯安排介绍片的底部边缘。

5.4。获得

图9说明了测量和模拟提出了天线的增益曲线。峰值增益获得所需的频率带宽大约是3.8 dBi 4.5 GHz。大幅增加减少发生在2.4 GHz, 3.5 GHz, 5.8 GHz, 6.8 GHz。

6。结论

该天线覆盖了超宽频频率范围3.1 - -10.6 GHz。该天线有四个停止乐队2.4 - -2.8 GHz, 3.2 -3.7 GHz, 5.5 6 GHz, 7和6.5 GHz。天线有一个紧凑的尺寸毫米²包括地平面和3.8 dBi的峰值增益。良好的表现表明,提出适合当前的超宽频天线/未来的超宽频通信的应用程序。

引用

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