设计一个紧凑的超宽频天线三切口乐队使用非均匀宽度的槽

文摘

一个简洁的印花超宽频天线提出了三重band-notched特色。代替传统的统一的宽槽,两双四分之一波长的长度不均匀宽度的槽是嵌入到辐射贴片和地平面实现三切口乐队为3.5,5.5和8.1 GHz。一个参数研究进行检查槽的宽度和长度的影响在band-notched特征。它表明,中心频率和带宽的切口乐队可以控制通过调整槽的物理参数。频域测量包括回波损耗、天线传递函数,群时延和增益的天线进行了。相应的结果表明,紧凑的超宽频天线与多个切口乐队可以获得通过使用非均匀宽度的槽。

1。介绍

自3.1 - -10.6 GHz的频谱是发布的联邦通信委员会(FCC)为商业应用,超宽频系统(UWB)吸引了越来越多的关注,由于他们的高数据率、低功耗、多路径干扰和良好的免疫力。广泛的调查已经完成在超宽频天线在超宽频系统中起着关键作用。印花超宽频天线有优于其他一些由于他们低调,一致,容易制造属性(1- - - - - -3]。

然而,超宽频系统设计面临着许多挑战,严重的干扰其他共存窄带通信系统,如无线局域网,WiMAX,和ITU x波段卫星通信系统在3.3 -3.7 GHz, 5.15 -5.825 GHz,分别为-8.4和8.025 GHz。这个问题是可以克服的,用天线固有band-notched特性,而不是采取额外的过滤器可能增加并发症,区域,和超宽频系统的成本。一个受欢迎的方法实现band-notched函数中嵌入一个统一的宽槽到辐射元素(4- - - - - -6)或地平面(7- - - - - -9超宽频天线)。然而,这些天线只有一个或两个切口乐队;因此,潜在干扰其他狭窄的乐队不能过滤掉。多个band-notched天线实现了通过引入多个band-notched元素(10,11)或单个元素(12,13]。不过,在大多数天线上面提到的,有三个问题。首先,为了将更多band-notched元素,太多的面积。这并不满足需求的超宽频系统的小型化。其次,由于band-notched元素之间的相互耦合,每个元素的功能并不是独立的。超宽频天线设计的难度增加。第三,一个假的共振导致操作有限带宽不覆盖整个超宽频带从3.1到10.6 GHz。因此,应提供一种有效的方法来调整每个齿形带的特征根据规范。

本文提出了一种紧凑的超宽频天线与三切口乐队。而不是统一的宽槽只创建一个单一切口乐队,一对非均匀宽度的槽是对称插入辐射贴片实现双切口乐队在3.5和8.1 GHz。中心频率的两个切口乐队可以灵活调整通过仔细调整槽的宽度和长度。除此之外,另一组非均匀宽度的槽对称嵌入到地平面获得切口乐队在5.5 GHz。该方法使用非均匀宽度的槽很容易实现和保持紧凑的超宽频天线的大小。

2。天线配置

如图1,该天线包括辐射单元有三个楼梯正面和一个地平面矩形切口背面为最佳阻抗匹配。补丁由50 -美联储微带线的1.67毫米宽度终止SMA连接器。整个天线是罗杰斯4350 b衬底上制作的相对介电常数为3.66,损耗角正切的0.0037和0.762毫米的厚度。一双四分之一波长宽度不均匀倒l型槽对称嵌在辐射贴片创建双切口乐队与中心频率的3.5和8.1 GHz,而另一个四分之一波长的非均匀直槽宽度对应于切口带集中在5.5 GHz蚀刻到地平面。

提出了天线的优化物理参数如下: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,毫米,毫米,毫米,毫米,毫米,毫米。该天线是对称的纵向方向。此外,参考天线没有槽但相同的参数也是捏造和测量进行比较。

3所示。结果与讨论

该天线设计和优化使用CST微波工作室和一个模拟周期与四核服务器花了半个小时。最后,提出了天线和参考天线是捏造的,使用矢量网络分析仪测量安捷伦E5071C。数据2(一个)和2 (b)显示的照片提出和参考天线,分别。模拟和测量提出了天线的回波损耗曲线如图所示3。相比之下,结果参考天线也呈现在图3。可以看出,该天线具有一个ultrawide操作乐队从2.7到12.3 GHz−10 dB,涵盖整个超宽频带。此外,正如预测的那样,三重所需切口乐队3.19 -3.97 GHz, 7.88 5.16 -5.85 GHz, -8.59 GHz−10 dB。如果我们想进一步提高反射系数,可以添加一个额外的共振结构切口频率产生共鸣。总之,该天线成功避免了干扰WLAN, WiMAX, ITU x波段卫星通信系统和保留一个超宽频的性能。

执行参数研究,进一步理解的影响非均匀宽度的槽的宽度和长度三band-notched特征。模拟该天线的回波损耗值和如图4(一)。这是观察到从1.2减少到0.6毫米从0.1增加到0.6毫米,补丁转换为统一的非均匀宽度的槽宽槽,第一和第三之间的比例创下带中心频率从2增加到3。如图4 (b)的增加和从7.5到9毫米,第一个和第三个切口带中心频率变化从3.95下降到3.29 GHz和从9到7.47 GHz,分别,而它们之间的比率几乎不变,保持约2.27。通过调整宽度或长度,第一和第三取得独立带中心频率不能改变。然而,如图4 (c)通过仔细调整宽度和长度,第三取得乐队可以自由变化的中心频率与第一齿形带中心频率固定在3.5 GHz。此外,如果第三个切口乐队作为一个伪共振并不是想要的,你可以把它远离了超宽频带保持超宽频天线的性能通过扩大之间的比例和。因此,一个有效的方法是提供灵活调整双切口乐队的位置引入非均匀宽度的槽或消除第三取得乐队,如果它是不受欢迎的。相关参数的各种槽在补丁在表列出不同的宽度和长度1。的影响和第二个切口的中心频率乐队呈现在图5(一个)。通过改变和从3.1到4.6毫米,从6.2下降到4.4 GHz的中心频率。值得注意的是,第二个切口的中心频率乐队也影响和值得注意的是,作为显示在图4 (b)。此外,图5 (c)显示,带宽也可控通过仔细调整槽的长度和宽度。一个有趣的现象也发现,同样的中心频率,更大的比率和结果在短槽长度。如表所示2,与传统的均匀宽度的槽位相比,非均匀的长度宽度槽()可以降低31.8%。因此,在有限的空间非均匀宽度的槽可以合并调整宽度之间的比例不同的片段。

为了理解非均匀宽度的槽的行为,特别是在三切口乐队,表面电流分布为3.5,5.5,和8个GHz的数字模拟和演示6(一),6 (b),6 (c),分别。很明显从图6 (b)5.5 GHz的表面电流分布主要集中在槽嵌入地面飞机,虽然它很周辐射贴片以及地面上飞机。如图6(一)和6 (c),目前在3.5和8 GHz大槽插入到补丁,虽然它非常小的补丁和地面。这表明切口乐队在3.5和8 GHz生成同样的插槽上的补丁。此外,它可以观察到从图6 (c)我,旁边的节点(节点)在槽的开口端补丁,还有另一个节点(节点II)转向。因此,第三个切口GHz 8点乐队是由非均匀宽度的二阶谐振槽上的补丁。

模拟和测量了该天线的辐射模式XY- - -ZX飞机在4.5和7 GHz显示和比较数据7(一)和7 (b)。天线具有良好和稳定的全向辐射noncircularity少于5 dB模式ZX飞机和近哑铃型辐射模式XY飞机。传递函数和群时延测量提出通过使用一双相同的天线安装在VNA面对的两个港口的距离150 mm。测量结果如图所示8的结果,与之相比,参考天线没有乐队。可以看出,传递函数几乎是平从3到10 GHz变异小于5分贝,而三切口乐队为3.5,5.5,和8 GHz转移获得减少−30日和−−15日20分贝。如图8,群延迟保持常数在整个超宽频带与波动小于1 ns除了切口乐队的变化。这个特征表明,该天线具有极好的线性阶段从而导致信号失真减少(14]。图9提出了建议和参考天线的增益。观察,急剧下降发生在每个取得乐队如预期的那样,和最大增益抑制是12 dB在3.5 GHz。

4所示。结论

一个紧凑的印花超宽频天线提出了详细分析。三切口乐队是通过使用两对小说非均匀宽度槽插入辐射贴片和地平面,而不是传统的统一的宽槽。第一和第三的乐队在3.5和8.1 GHz的第一和第二共振产生的槽,分别。通过仔细调整槽的宽度和长度,中心频率和带宽是可控的。此外,相比传统的统一的宽槽,槽不均匀宽度的整个长度可以降低31.8%相同的谐振频率。此功能适用于超宽频天线的小型化。因此,提出了基于非均匀宽度的槽天线预计微型超宽频系统与免疫多个窄带干扰或多波段的应用程序。

相互竞争的利益

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

确认

作者承认的支持中国国家自然科学基金重点项目(批准号51538007)和中国国家自然科学基金项目(批准号71101096)。

引用

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