- 易迪拓培训,专注于微波、射频、天线设计工程师的培养
超宽带平面天线中实现频带抑制的方法
录入：edatop.com 点击：
超 宽带天线在软件无线电系统、宽带无线接入、电子对抗、探地雷达和电磁兼容测量等方面具有广泛的应用前景。随着超宽带平面单极子天线研究的深入及其广泛应 用，在FCC(Federal Communications Commission)分配的UWB频段(3.1～10.6 GHz)中，对其他固定频段的设备(如WLAN IEEE802.11a．对应频段5.15～5.35 GHz，5.725～5.825 GHz以及HIPERLAN／2对应频段5.15～5.35 GHz，5.47～5.725 GHz)将产生干扰，严重地影响了这些设备的正常工作。如何在超宽带中实现频带抑制而不影响通带内的性能，成为超宽带天线设计的研究热点。本文从不同结构 的超宽带平面单极子天线实现频带抑制的方法出发，研究实现频带抑制的基本原理和常用方法。
1频带抑制的基本原理和实现方法
在 超宽带平面单极子天线中，实现频带抑制的基本原理和方法就是设法避免产生或者消除天线上被抑制频段对应的电流。而消除抑制频带对应的电流，应通过改变天线 的结构实现，这样天线上的电流分布也将发生变化，其对应的有效电长度是被抑制频带波长的1／2或者1／4。被改变电流分布后的天线相当于增加了一个带阻滤 波器，从而实现频带抑制。在超宽带平面单极子天线中常用改变电流分布实现频带抑制。对于不同的超宽带平面单极子天线结构，实现频带抑制的方法不同。下面进 行具体的分析。 1.1 开孔、开槽平面贴片单极子天线实现频带抑制的方法
对于辐射贴片中开方 形、圆形或者椭圆形等形状的平面天线结构，通常采用在开孔部位对应的接地面上增加寄生单元，通过寄生单元来改变电流的分布实现频带抑制。即通过引入寄生单 元，在被抑制的频带范围内，寄生单元上的电流方向与辐射贴片上的电流方向相反，从而在超宽带频谱上实现频带抑制。
图1 (a)、(b)所示天线结构为倒钟型的辐射贴片、带有凹槽的部分接地面以及寄生缝环。倒钟型的辐射贴片可以增加低频段的有效电长度，通过调整部分接地面上 的凹槽尺寸可以获得很宽频带内较好的阻抗匹配，上凸形的接地面可以进一步地改善超宽带的阻抗匹豌特性。寄生环的引入改变了天线贴片上的电流分布，实现频带 抑制，其中寄生环的半环长度L大约为1／4波长，通过调整半环长度L可以实现在不同频率的抑制(图1(c))。
开椭圆形孔的半椭圆形辐射，贴片，以及矩形条状寄生单元如图2所示。在辐射贴片边缘开阶梯状槽可以实现高频段的良好阻抗匹配。地面开凹槽的上凸形平面可以 实现很好的超宽带特性。椭圆形孔正对的接地面，增加矩形条状寄生单元来实现频带抑制，此单元改变天线上的电流分布，寄生单元的不同长度和宽度可实现不同频 带的抑制，同时由图2还可以看出被抑制的频带对长度的响应要比对宽度的响应更为敏感。
1频带抑制的基本原理和实现方法
在 超宽带平面单极子天线中，实现频带抑制的基本原理和方法就是设法避免产生或者消除天线上被抑制频段对应的电流。而消除抑制频带对应的电流，应通过改变天线 的结构实现，这样天线上的电流分布也将发生变化，其对应的有效电长度是被抑制频带波长的1／2或者1／4。被改变电流分布后的天线相当于增加了一个带阻滤 波器，从而实现频带抑制。在超宽带平面单极子天线中常用改变电流分布实现频带抑制。对于不同的超宽带平面单极子天线结构，实现频带抑制的方法不同。下面进 行具体的分析。 1.1 开孔、开槽平面贴片单极子天线实现频带抑制的方法
对于辐射贴片中开方 形、圆形或者椭圆形等形状的平面天线结构，通常采用在开孔部位对应的接地面上增加寄生单元，通过寄生单元来改变电流的分布实现频带抑制。即通过引入寄生单 元，在被抑制的频带范围内，寄生单元上的电流方向与辐射贴片上的电流方向相反，从而在超宽带频谱上实现频带抑制。
图1 (a)、(b)所示天线结构为倒钟型的辐射贴片、带有凹槽的部分接地面以及寄生缝环。倒钟型的辐射贴片可以增加低频段的有效电长度，通过调整部分接地面上 的凹槽尺寸可以获得很宽频带内较好的阻抗匹配，上凸形的接地面可以进一步地改善超宽带的阻抗匹豌特性。寄生环的引入改变了天线贴片上的电流分布，实现频带 抑制，其中寄生环的半环长度L大约为1／4波长，通过调整半环长度L可以实现在不同频率的抑制(图1(c))。
开椭圆形孔的半椭圆形辐射，贴片，以及矩形条状寄生单元如图2所示。在辐射贴片边缘开阶梯状槽可以实现高频段的良好阻抗匹配。地面开凹槽的上凸形平面可以 实现很好的超宽带特性。椭圆形孔正对的接地面，增加矩形条状寄生单元来实现频带抑制，此单元改变天线上的电流分布，寄生单元的不同长度和宽度可实现不同频 带的抑制，同时由图2还可以看出被抑制的频带对长度的响应要比对宽度的响应更为敏感。
通 过在辐射贴片开U型槽以实现频带抑制，如图3所示。通过边缘阶梯化以及改善馈线两边的匹配程度实现超宽带性能，在辐射贴片上开U型槽，可以改变槽两边的电 流分布，电流方向相反，从而实现频带抑制。被抑制的频带由U型槽的尺寸决定，改变U型槽的长度和宽度可以改变被抑制的频带。fh长度越短被抑制的频段越 高，fw宽度越宽被抑制的频段越高。
1.2不规则形状平面贴片单极子天线实现频带抑制的方法
如 图4所示，位于微带馈线与辐射片中间的倾斜的两条微带(左图)，其宽度与长度之比(W2／L2)对于天线在频带内的阻抗匹配起着重要的作用。而接地面的长 度L5可以进一步改善阻抗的匹配程度。为了获得指定频段的抑制，在辐射两分支贴片的顶端进行容性加载，即将两贴片向接地面折合，与辐射贴片相连，折合面的 长度为介质板的厚度。这种容性加载等效为工作在需要抑制的频带内的串联谐振器，同时在接地面的上方增加两个寄生贴片单元，调节这两个贴片的尺寸就可以调节 被抑制的频带，通过容性加载以及寄生贴片单元的作用，从而实现了频带抑制特性。
对 于天线辐射贴片比较小，通过边缘阶梯化不规则形状的超宽带平面单极子天线，可以通过在辐射贴片对应的两边的背面增加寄生单元来改变天线上的电流分布，实现 频带抑制。如图5所示，天线由带有阶梯状的弧形边贴片、部分接地面和寄生单元三部分组成。边缘阶梯有助于改善高频段的阻抗特性，获得较大的带宽。寄生单元 实现指定频率范围内的频带抑制，通过改变寄生单元的长度实现不同频率范围内的阻带。
1.3 非PCB结构的平面单板子天线实现频带抑制的方法
对于非PCB结构的平面单极子天线来讲，通常使用在辐射单元中开槽或增加辐射单元改变天线上电流分布或相位来实现频带抑制。
在天线的辐射金属面上开U型槽，天线的结构如图6所示。当U型槽的长度为希望抑制的频带波长的1／2时，天线上对应于抑制频带内的电流分布改变，从而实现频带抑制。通过在辐射金属面上开多个U型槽可以实现多个频带的抑制。
在天线的辐射金属环片外边缘上开多个凹槽可以改善在超宽带内的阻抗匹配特性，在金属环的内部附加反C型的单元，如图7所示。由于金属环的内边缘的电流分布与反C型单元外边缘的电流分布相反，从而实现了频带抑制。改变r1，h2，l1的值可以改变被抑制的频带范围。
如 图8所示天线的结构及阻抗特性，天线由不同大小的梯形辐射面A，B构成，两个辐射面接在同一导体面上，50 Ω馈电线连接在此导体面。在被抑制的频率范围内，由于辐射面A，B上电流分布的不同相，从而实现频带抑制。调整两个辐射单元中小的单元B的尺寸可以改变被 抑制的频带。调整两个辐射单元间的距离也可以改变被抑制的频带，增加距离，被抑制的频带会降低，同时其VSWR在超宽带范围和被抑制频带内都会增加。
2结语
通过分析在超宽带平面单极子天线中实现频带抑制的天线结构，总结了在实现频带抑制中不同结构的天线所采用的不同的方法。研究表明，改变天线的局部结构可以实现天线上电流分布的改变，从而实现频带抑制。这些方法对超宽带天线设计和频带抑制具有一定的指导作用。
来源：《现代电子技术》
上一篇：雷达天线电源故障检测电路的设计
下一篇：四臂分支天线自动设计的编码方案研究
