文摘

一个超宽频天线设计、模拟和实现。克服的窄带宽特性基本贴片天线,辐射模式的结构优化的椭圆和矩形贴片的援助。还三角补丁应用于天线边为了提高电压驻波比和增益特性。一个典型的电压驻波比为1.5(在整个频率范围小于2)和一个典型的2 dBi(主要是以上dBi在整个频率范围内)。在场的模拟,所设计的天线带宽的比例~ 5:1 4 - 19.1 GHz的频率范围内25×26毫米的紧凑的尺寸2。这是捏造的0.5毫米厚,RO3035衬底。的输入阻抗、增益和天线的辐射特性。这些属性,验证,以其新颖的形状,该天线可用于各种超宽频应用程序。

1。介绍

在过去几十年,超宽频技术(UWB)是广泛而迅速发展。有许多应用程序使用超宽频等传感器网络(1)、位置跟踪和生物医学成像(2]。超宽频技术也已成为非常受欢迎的在高速短程通信系统。由于天线对这些系统的性能有重大影响,小型天线的设计变得更加重要和关键。由于这些,宽带和超宽频应用程序(UWB),贴片天线是一个有吸引力的候选人因其重量轻、成本低、宽带宽、体积小、易于制造(3- - - - - -10]。

这里还应该指出,由于超宽频的传动功率很低,成为一个重要的问题。此外,由于介质功率损耗和导体损失需要最小化的选择合适的基质。

工作的Ojaroudi et al。3的超宽频单极天线)倒t形切口在地平面,操作从3.12 GHz 12.73 GHz,看到一个紧凑的大小12×18毫米2。与温热单极天线共振结构。这个天线尺寸22×22毫米219.3 GHz的带宽(4]。刘、杨(5)提出了一个钩子型超宽频天线操作从3 GHz 10.7 GHz的维度10×10毫米2。microstrip-fed,六角30×30毫米宽缝隙天线2区域表现出性能超宽频2.9 GHz 18 GHz (6]。印刷圆环天线操作从2.54 GHz 12.08 GHz也提出了在文献[7]。工作的Oudaya Coumar et al。8),平面单极天线操作1.8 GHz之间和10.6 GHz研究面积25×30毫米2。对称三角形的(9]和[tapered-shaped槽天线10)地区的12×38毫米2和22×24毫米2提出了操作频率为2.77 GHz 10.64 GHz和从3 GHz 11.2 GHz,分别。

为了克服贴片天线的窄带宽特性,研究了不同技术和应用覆盖整个超宽频频率范围(11- - - - - -14]。

在这项工作中,“心形”槽孔天线与增强的阻抗带宽设计和制造。这项工作的目的是扩大天线的带宽,同时减少天线尺寸使它适合便携式系统和电子设备。的帮助下三角片和小段弧(如图1为“平方米”)在地平面的中间15- - - - - -20.),宽输入阻抗匹配是实现整个4 - 19.1 GHz乐队。回波损耗和电压驻波比的模拟和测量表明,该结构具有超宽频阻抗匹配和提供了一个dBi天线增益大于1。


图1
几何形状的超宽频天线。( 毫米, 毫米, 毫米, 毫米, 1毫米, 毫米, 毫米, 毫米, 毫米, 毫米, 毫米, 毫米, 毫米, 毫米, 毫米, 毫米, 毫米)。

2。天线配置

超宽频操作基本上是定义为操作频率为3.1 GHz 10.6 GHz和6 GHz 8.5 GHz的定义与美国FCC (21)和欧洲的法规(2007/131 / EC) (22),分别。另一方面,一般定义给出的方程 在哪里 和 分别上部和更低的频率(23]。

心型天线的基本结构由一个辐射元素和地平面,给出图修改1。提出了天线辐射单元的设计与矩形和椭圆补丁。矩形和椭圆形状是众所周知的天线类型,他们有超宽频宽频率范围的特征。“V”槽切口的技术,增加收益,提高了天线的阻抗匹配。另一方面,三角形形状的补丁也使用在矩形贴片的边缘为了改善阻抗匹配。当我们考虑整个频率范围的天线,超过100% BW改进是实现相比,FCC(定义的超宽频频率范围17]。

这里使用的地平面也类似于辐射贴片也由矩形和椭圆补丁。天线的增益和带宽提高通过添加一小段弧在地平面的中间也应用于工作的刘et al。15]。修改的地平面的心形超宽频天线如图2。地平面的维度和对齐和辐射元素也被认为是。该天线具有紧凑的尺寸25×26毫米2印在RO 3035衬底从罗杰斯公司拥有0.5毫米厚度和相对介电常数为3.50。由于介质衬底厚度是0.5毫米,天线是灵活的。因此,它可能也适合应用的灵活性是必要的,例如,可穿戴电子产品。

(一)
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(b)
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图2
制造原型(辐射贴片(a),地平面(b))。

3所示。结果与讨论

为了分析三角补丁的影响辐射元素和地平面,一个串行模拟执行。从数据很明显3和4三角形的辐射单元(顶部)和地平面(在底部)影响天线的电压驻波比和增益性能。当三角形达到更好的性能(适用于双方。简单,设计天线电压驻波比低于2和获得高于1 dBi 4 GHz 19.1 GHz。


图3
比较电压驻波比w /三角补丁。

图4
比较获得的w /三角补丁。

的测量和表征天线性能,矢量网络分析仪的使用安捷伦。模拟和测量电压驻波比,给出了天线的回波损耗数据5和6。这些结果说明了阻抗匹配带宽4 GHz之间和19.1 GHz范围。因为在数据5和6,测量结果是大致相似的仿真结果。轻微的差异是由于不仅sma材料使用的效果还在制造公差。下面的电压驻波比测量是2(部分测量的电压驻波比是2.3接近14 GHz),而获得实现以上1 dBi,通常。


图5
比较模拟和测量电压驻波比。

图6
比较模拟和测量回波损耗。

本文介绍了天线是最近出版的天线相比表1主要的带宽和规模也和增益和辐射模式。

表1
比较最近发表的该天线选择的天线。

该天线在这部作品展览非常高带宽比较大小。它提供了一个温和的获得均匀的辐射模式。

模拟和测量的辐射模式X- - - - - -Z和Y- - - - - -Z飞机,频率3,4.5,6,7.5,9日,10.5,12日和14个GHz,介绍了数字7和8,分别。

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图7
归一化模拟天线的辐射模式(a) 3 GHz, (b) 4.5 GHz, (c) 6 GHz, (d) 7.5 GHz, (e) 9 GHz, 10.5 GHz (f), (g) 12 GHz, (h) 14 GHz。
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图8
归一化测量天线的辐射模式(a) 3 GHz, (b) 4.5 GHz, (c) 6 GHz, (d) 7.5 GHz, (e) 9 GHz (f) 10.5 GHz, (g) 12 GHz, (h) 14 GHz。

这些辐射模式显示出相当好的协议模拟和测量。

4所示。结论

在本文中,一种新颖的超宽频天线被我们心形天线设计,模拟,捏造和特征。辐射的结构部分设计椭圆和矩形。还三角补丁用于天线分析的边缘增强天线的电压驻波比和增益。此外,提出的修改地面天线还包括椭圆补丁和一小段弧在地面的中间。的帮助下三角补丁修改后的地面上,增强的好处,可以实现阻抗匹配特性。数值模拟表明,该天线的带宽比5:1 4 GHz - 19.1 GHz的频率范围内25×26毫米2心型超宽频天线。

novel-shaped简单,灵活的超宽频天线提供电压驻波比小于2,并获得超过1 dBi和捏造一个紧凑的尺寸达到25×26毫米2这使得它有吸引力的移动系统。

确认

作者要感谢土耳其科技研究委员会(图),信息和安全先进技术研究中心(BİLGEM)、电磁学和天线系统(EAS) Department-Antenna设计和研究中心,提供测量和球面近场测量实验室的支持。