一種具有WiMAXWLAN頻段雙陷波功能的

1、 # 一種具有WiMAX/WLAN頻段雙陷波功能的共面波導饋電超寬帶天線郭林黃風義*唐旭升(東南大學信息科學與工程學院，南京210096)摘要：本文提出一種適用于超寬帶(UWB)無線通信系統(tǒng)的共面波導饋電超寬帶天線。通過在圓形貼片上開兩個嵌套的C形槽，可以實現(xiàn)在WiMAX和WLAN系統(tǒng)的工作頻段的陷波功能採用電磁場仿真軟件AnsoftHFSS10對所設計的天線進行仿真，天線具有很寬的阻抗帶寬，在3-11GHz范圍以內(nèi)，兩個陷波頻帶3.1-3.6GHZ和5.15-5.85GHZ以外，具有良好的全向輻射性能，回波損耗優(yōu)于15dB。天線適用于多種UWB無線通信系統(tǒng)。關鍵詞：超寬帶天線，共面波導饋電的

2、平面圓形單極子超寬帶天線，C型槽，雙陷波特性ACPW-fedPlanarUltra-widebandAntennawithWiMAX/WLANDualband-NotchedCharacteristicsGuoLinHuangFengyi*TangXusheng(SchoolofInformationScienceandEngineering,SoutheastUniversity,Nanjing210096)Abstract:Thispaperpresentsacoplanarwaveguide(CPW)fedplanarcircularmonopoleantennasuitableforu

3、ltra-wideband(UWB)wirelesscommunicationsystems.ByetchingtwonestedC-shapedslotsinthecircularpatch,band-rejectedfilteringpropertiesintheWiMAX/WLANbandsareachieved.SimulationbythefullwaveelectromagneticsimulatorAnsoftHFSS10,theproposedantennahaswideimpedancebandwidthfrom3GHZto11GHZwithbetterthan-15dBre

4、turnlossandanomni-directionalradiationpattern,excludingdualnotchedbandin3.1-3.6GHZand5.15-5.85GHZ.TheproposedantennaisexpectedtobeagoodcandidateinvariousUWBsystems.Keywords:UWBantenna,CPWfedplanarcircularmonopoleantenna,C-shapedslots,dualband-notchedcharacteristics.1引言隨著無線通信系統(tǒng)的應用越來越廣，超寬帶(UWB)無線通信技術受

5、到了更多關注。超寬帶技術具有體積小，傳輸速率高，功耗低，抗多徑衰落，便于加密等優(yōu)點。顯而易見，消費電子產(chǎn)業(yè)和個人基金項目:國家863項目(2009AA01Z26和2009AA01Z228)國家自然科學基金(60771022；)博士點基金(20070286002)；東南大學移動通信國家重點實驗室研究基金(2008B02)。計算機產(chǎn)業(yè)在未來將更多地利用超寬帶技術來傳輸數(shù)據(jù)和多媒體信號1。超寬帶技術通常是指通信系統(tǒng)傳輸信號時占用很寬的帶寬。幾十年來，這種技術一直應用在軍事上。2002年1月14日，美國聯(lián)邦通信委員會將3.1-10.6GHZ頻帶范圍劃為免許可證的超寬帶應用，超寬帶(UWB)系統(tǒng)的設計和

6、應用成為了無線通訊領域激烈競爭的焦點2。作為超寬帶系統(tǒng)的重要組成部分，超寬帶天線需要工作在3.1-10.6GHZ頻帶范圍之內(nèi)。超寬帶天線設計的關鍵問題有:在很寬的頻帶(3.1-10.6GHZ)內(nèi)進行阻抗匹配，具有穩(wěn)定的增益和良好的輻射方向特性，并要求天線具有緊湊的結(jié)構(gòu)和低廉的制造成本近年來，具有工藝簡單、體積小、重量輕、加工成本低和便于集成等優(yōu)點的平面單極子天線成為了超寬帶天線領域的研究熱點3。在超寬帶系統(tǒng)指定的頻段內(nèi)已經(jīng)存在著一些窄帶系統(tǒng)，例如在歐洲和美國被分配用于無線局域網(wǎng)(WLAN)服務的HIPERLAN/2頻帶(5.15-5.35GHz,5.470-5.725GHz)和IEEE802.

7、11a頻帶(5.15-5.35GHz,5.725-5.825GHz),以及在一些歐洲和亞洲國家用于WiMAX服務的3.3-3.6GHZ頻帶都工作在UWB頻帶內(nèi)4。這些系統(tǒng)的信號會對超寬帶通信產(chǎn)生干擾。在一些應用中，引入了濾波器以抑制這些窄帶系統(tǒng)的干擾，這樣就增加了超寬帶系統(tǒng)的成本和復雜性。一種簡單而有效的方法就是使超寬帶天線在WiMAX和WLAN的頻段內(nèi)均呈現(xiàn)較大的發(fā)射系數(shù),即具有雙陷波功能。近年來，出現(xiàn)了一些具有陷波功能的超寬帶天線5。設計具有陷波功能的超寬帶天線的方法有很多,最常用的是在輻射貼片或接地面上開槽的方法。本文首先提出了一種共面波導饋電的平面圓形單極子天線。這種天線有很寬的阻抗帶

8、寬和很好的全向輻射特性。通過在圓形輻射貼片上開兩個嵌套的C形槽，可以實現(xiàn)在WiMAX和WLAN系統(tǒng)的工作頻段的雙陷波功能，以抑制UWB通信系統(tǒng)和這兩種系統(tǒng)之間的干擾。2天線設計沒有開C形槽的共面波導饋電圓形單極子天線如圖1所示，記為天線I。其主要輻射單元是一個半徑為10mm的圓形貼片。共面波導傳輸線具有500hL圖1共面波導饋電圓形單極子天線Wrg特性阻抗，與接地面間隔0.25mm,傳輸線寬度1.04mm。共面波導傳輸線長度25mm?？拷戮壍木匦钨N片為接地面,它與圓形貼片及共面波導傳輸線都印制于材料為RogersRT/duroid6006，相對介電常數(shù)er=6.15，介質(zhì)損耗角正切tan8=

9、0.0019，厚度H為2.54mm的介質(zhì)基板的同一側(cè)。天線結(jié)構(gòu)參數(shù)如表1所示。表1共面波導饋電圓形單極子天線結(jié)構(gòu)參數(shù)對象名值W(mm)42L(mm)25Wd(mm)20.23Wr(mm)1.04d(mm)6h(mm)0.35g(mm)0.25H(mm)254參考文獻6中的討論，通過在輻射貼片上開形槽的方法，可以實現(xiàn)帶阻濾波的功能。開槽實現(xiàn)陷波特性的基本原理是在天線結(jié)構(gòu)中引入半波長的諧振結(jié)構(gòu)，當調(diào)整C形槽的總長約為需要抑制頻率的半波長時，在該頻率及其附近輸入阻抗異常，阻抗失配。據(jù)此設計出的具有雙陷波功能的天線如2圖和圖3所示，記為天線II。C形槽的結(jié)構(gòu)參數(shù)如表2所示。在天線的輻射貼片上開了兩個嵌

10、套的形槽，以實現(xiàn)在WiMAX和WLAN系統(tǒng)工作頻段的雙陷波功能。 W4034567891011Frequency(GHz)(b)ooOa2)、(zMe.L40-60圖4天線阻抗的(a)實部(b)虛部，這里Zt代表天線I,Zi代表天線II從圖4中可以看出，天線的輸入阻抗在整個UWB頻段(3.1-10.6GHZ)的大部分地方均接近50。但是天線II的輸入阻抗在3.1-3.6GHz和5.15-5.85GHZ的頻帶范圍內(nèi)產(chǎn)生了突變，阻抗失配從而得到陷波功能。對象名值L1(mm)&4G1(mm)3.8S1(mm)3T1(mm)0.4L2(mm)6.6G2(mm)2S2(mm)2.6T2(mm)024表2

11、C形槽的結(jié)構(gòu)參數(shù)圖5天線的S參數(shù)，這里St11代表天線I，Sill代表天線II4005050505-11-2-2-3-3?-s)8p-503天線仿真結(jié)果采用電磁場仿真軟件AnsoftHFSS10對天線I和天線II進行仿真，仿真結(jié)果如圖4-圖8所示。如圖5和圖6所示，天線的回波損耗優(yōu)于-15dB，電壓駐波比低于1.5。而天線II的仿真結(jié)果在3.1-3.6GHZ和5.15-5.85GHZ的頻帶范圍內(nèi)出現(xiàn)了尖峰，說明天線在這兩個頻段上具有良好的陷波特性完全滿足了設計目標。圖6dB(GalnTotal)9-S036e-0012.9071e+0004.8539e+0606.8807e+e098.7M75

12、e+0091069*00112641e+0011.*588e+0011.6535e+0011.2.es28et0012.2375e+0012.4322e*00126268e+0012.8215e+0013.0162e+0013.2109e+001圖8天線II在(a)7.2GHz(b)3.4(-Ft-c)5.4GH的輻射方向圖如圖7和圖8所示，本文所設計的天線具有良好的全向輻射特性和大于1.5dB的增益。而且在所設計的陷波頻段，天線增益低于-1dB。4結(jié)論圖7天線I在3.6GHz的輻射方向圖dB(GainTotal)2.3915e也006.3509e-0dl-3.6617e*630-6.6883

13、E+890T.71f9e+000.-1.2728+801L-1.5768e*001U-L8745elH-2.182ie-001.他8e碩-2.787564001P-3.0901e4001L-3.3928e4001.-3.6S54e+00L-4.3%8eW7683怔+001.Z本文提出了一種具有雙陷波功能的共面波導饋電的平面圓形單極子超寬帶天線。并采用電磁場仿真軟件AnsoftHFSS10對天線進行仿真。天線具有很寬的阻抗帶寬，回波損耗優(yōu)于-15dB，電壓駐波比低于1.5，且具有良好的全向輻射特性。通過在天線的輻射貼片上開兩個嵌套的C形槽的方法，天線具有了在3.1-3.6GHZ和5.15-5.8

14、5GHZ的頻帶范圍內(nèi)的帶阻濾波功能，從而可以抑制WiMAX和WLAN系統(tǒng)對UWB系統(tǒng)的干擾。非常適合應用于各種UWB通信系統(tǒng)。參考文獻dB(6ainTotal)_-1.85836-000H-5.i043e-eee-6.7272e-00-8.a502e-00-9.9732e-001.1596e-01-1.3?19e-e0iH-l.64656-1l-1.8088e-01H-1.9711e-01U-2.13e-01H-2.2957e-e01-2.158064001|-2.6283e-e01-2.7B26eie01AnpingZhaoandJussiRahola,“Compactprintedpatc

15、handbent-patchmonopoleUltra-Wideband(UWB)antennasformobileterminals,”AntennasandPropagationInternationalSymposium,pp.5135-5138,June2007.ZhiNingChen,“UWBantennas:Designandapplication,”Information,Communications&SignalProcessing,pp.-15,Dec2007.T.WEIandZR.HU,“ACWPfedcircularmonopoleantennaforultrawideb

16、andwirelesscommunications”C.IEEEAntennasandPropagationSocietyInternationalSymposium,Vol.3A,pp.528-531,Jul.2005.KihunChang,HyungrakKim,andYoungJoongYoon,“Multi-resonanceUWBantennawithimprovedbandnotchcharacteristics,”AntennasandPropagation,pp.3063306&Sept.2008.YanZhang,WeiHong,ChenYu,Zhen-QiKuai,Yu-D

17、anDon,andJian-YiZhou,“PlanarUltrawidebandAntennasWithMultipleNotchedBandsBasedonEtchedSlotsonthePatchand/orSplitRingResonatorsontheFeedLine,”J.RadioScienceJournalofResearchNBS/USNC-URSI,1964,68D(1):2733.Q.X.ChuandY.Y.Yang,“ACompactPlanarUltra-WidebandAntennawithNotchCharacteristics,”J.JournalofSouth

18、ChinaUniversityofTechnology(NaturalScienceEdition),Vol.36,No.9,pp.77-80,Sep.2008.作者簡介：郭林，男，博士，主要研究領域為微波電路、天線等。黃風義，男，教授、博士生導師，主要研究領域為射頻微波集成電路的芯片設計、器件、工藝、模型等。唐旭升，男，博士，主要研究領域為集成電路、寬帶無線通信等。一種922MHz平面倒F型標簽天線潘雯馮全源(西南交通大學信息科學與技術學院，成都610031)摘要：本文針對射頻識別系統(tǒng)(RFID)標簽天線的設計要求，設計了一種基于平面倒F型結(jié)構(gòu)的標簽天線。對稱的結(jié)構(gòu)設計對標簽芯片形成了平衡饋

19、電使標簽天線在金屬材料表面也能保持較好的工作性能，匹配負載網(wǎng)絡在實現(xiàn)天線諧振頻率調(diào)節(jié)的同時增強天線的回波損耗和增益性能。本文使用1FSS軟件仿真，結(jié)果表明此標簽能很好的工作在922MHz頻率上，具有60MHz的帶寬，最大回波損耗值達到-28dBo關鍵詞：射頻識別，標簽天線，平面倒F天線DesignandAnalysisForakindofInverted-FRFIDtagantennaPanWenFengQuanyuan(SchoolofInformationScience&Technology,SouthwestJiaoTongUniversityofChina,Chengdu610031)

20、Abstract:Thispaperdesignsakindoftagantennabasedoninverted-FantennatomeettheneedsoftagantennausedinRFID(Radiofrequencyofidentification)system.Forthesymmetricalstructuregivessymmetricalpowersupplytothemicrochip,theproposedantennashowsacceptableperformancevariationwhenattachedonmetallicsurface.Theloopi

21、mpedance-matchingadjuststheoperatingfrequencyandincreasesthereturelossandgainoftagantenna.ThesimulationresultsofsoftwareHFSSshowthatthistagantennaoperateswellat922MHzwithabandwidthof60MHzandthemaximumreturnlosscanreach-28dB.Keywords:RFID(Radiofrequencyofidentification),tagantenna,plannarinverted-Fan

22、tenna1引言隨著微電子技術迅猛發(fā)展，射頻識別技術(RFID)已經(jīng)滲透到生產(chǎn)，銷售，流通等各領域，有著廣闊的應用前景。目前RFID系統(tǒng)主要有兩種工作模式。一種是適于低頻和高頻(如6.78MHz,13.56MHz)的感應耦合模式，也稱近場工作模式。另一種是超高頻和微波波段(860960MHz,2.4GHz)的反向散射模式也稱遠場工作模式是目前研究的熱點。RFID系統(tǒng)主要由讀寫器，標簽和中間件構(gòu)成12。其中標簽由集成芯片和天線組成，反向散射模式通過改變標簽天線等效負載把芯片中存儲的信息調(diào)制到反射信號的振幅上，這種模式?jīng)Q定了天線工作過程中天線諧振頻率必然有漂移所以較寬的工作頻帶才能保證天線能夠很好

23、的與芯片共軛匹配從而將從閱讀器發(fā)射的電磁場中轉(zhuǎn)化來的能量最大限度的供給芯片。此外實際應用還要求天線的尺寸小增益高，具有全向性以及附著在不同材料物品上能保持較好工作性能。本文設計了一種工作在922MHz基于倒F型結(jié)構(gòu)的標簽天線。通過匹配負載獲得較高增益和寬頻帶特性，平衡饋電結(jié)構(gòu)保證其貼敷在金屬表面的工作性能。選用輸入阻抗值為6.2-j127Q的芯片(ALN-9338-R)。HFSS軟件仿真結(jié)果顯示這種標簽天線結(jié)構(gòu)的各項性能均達到設計要求?；痦椖浚簢?63計劃信息技術領域項目資助，項目號：2009AA01Z2306 2天線結(jié)構(gòu)和性能分析基本的平面倒F型天線(PIFA)包括矩形貼片,接地板和短路

24、帶，具有體積小，增益高，剖面低，帶寬相對較寬的特點34。1h21峋W(wǎng)Jw2h3憂1II*w4*圖1平衡饋電倒F天線的平面結(jié)構(gòu)當金屬物質(zhì)靠近標簽天線時，由于電磁感應作用，其接地板會產(chǎn)生渦流，吸收的射頻能量轉(zhuǎn)換為自身的電場能導致原有射頻場強的總能量下降。同時渦流又有自身的感生磁場，該磁場的磁力線與金屬表面垂直，且方向與射頻場強相反對原磁場的阻礙效果使得射頻場強的分布在金屬表面發(fā)生“變形”，磁力線在金屬表面時候幾近平行，貼在或靠近金屬表面的標簽由于無法“切割”磁感線而不能獲得激活自身電路的射頻能量。使天線不能正常工作。本文提出的微帶天線結(jié)構(gòu)如圖1所示，采用2片關于中心軸對稱的倒F天線，該結(jié)構(gòu)對稱軸也

25、是貼片天線的奇模對稱軸等效于虛地短路，形成一種平衡饋電結(jié)構(gòu)5。相對于單個倒F天線由輻射貼片和接地板構(gòu)成的不平衡饋電結(jié)構(gòu)，平衡饋電可以有效的改善金屬材料對標簽天線的影響。兩條連接輻射貼片與芯片的對稱傳輸線起到調(diào)節(jié)天線輸入阻抗達到和芯片阻抗共軛匹配的作用。該天線結(jié)構(gòu)采用FR4(r=4.4)基片厚度1.5mm,尺寸為80mmx40mm。天線各部分參數(shù)如表1所列。表1天線的平面結(jié)構(gòu)參數(shù)(單位mm)W1W2W3W4h1h2h3802238.53.3402018調(diào)整短路帶寬度w4可以改變輻射源表面電流的有效路徑長度從而調(diào)整天線的諧振頻率，w4越寬電流路徑越短，諧振頻率越高，w4越窄諧振頻率越低。調(diào)整w2即

26、調(diào)整用于匹配的傳輸線寬可以有效的調(diào)整天線的諧振頻率，w2越寬頻率越高，越窄頻率越低。同樣可以由改變面電流有效路徑原理解釋同時w2改變匹配傳輸線的特性阻抗值以及因傳輸線不連續(xù)性引入的寄生電抗值從而達到調(diào)整工作頻率的作用67。用HFSS軟件仿真w2從20.5mm到23.5mm變化情況,諧振頻率從860MHz變化到960MHz,回波損耗(returnloss)特性曲線變化如圖2。選擇w2為21.5mm諧振頻率為920MHz,此時回波損耗為-23dB。天線輸入阻抗特性如圖3。圖2天線諧振頻率隨w2變化情況圖3天線輸入阻抗特性曲線3加載環(huán)形結(jié)構(gòu)的倒F天線結(jié)構(gòu)上述天線結(jié)構(gòu)通過改變w2或w4來調(diào)整工作頻率會

27、使天線增益減小且不易做到對諧振頻率做細微的調(diào)整。通過加載一條窄的貼片，構(gòu)成環(huán)形匹配負載網(wǎng)絡，通過調(diào)整環(huán)形的大小和加載貼片的寬度可以改變天線諧振頻率并有效增加增益。結(jié)構(gòu)如圖4所示。圖4加載環(huán)形匹配負載的倒F天線結(jié)構(gòu)w3天線輸入電抗圖7回波損耗對于窄貼片寬度的變化曲線芯片的輸入阻抗顯示高容性,因此標簽天線輸入阻抗應是感性的才能與之共軛匹配,環(huán)形負載的匹配結(jié)構(gòu)是等效于電感耦合的匹配網(wǎng)絡8,等效電路如圖5所示。圖5匹配網(wǎng)絡等效電路圖耦合系數(shù)為M可以通過調(diào)整h4以及窄貼片寬度來調(diào)整。芯片輸入端阻抗Z（電感L）,環(huán)路匹in配網(wǎng)阻抗值Z，天線輸入阻抗Z，則有：loopaz=z+（2f）2inloopZa最終

28、選擇最優(yōu)的匹配網(wǎng)絡參數(shù)加載窄貼片寬度其中Z二j2兀fLloop于是可得R二（2fM）2/R（f）；inaX二2fLin調(diào)整h4和加載的窄貼片寬度可以改變耦合系數(shù)M及環(huán)形匹配網(wǎng)絡的電感值從而改變芯片輸入端阻抗值。h4增大諧振頻率降低oHFSS仿真回波損耗對于h4從33mm到34.5mm的變化情況如圖6?；夭〒p耗對于加載窄貼片寬度從0.5mm到1.5mm的變化情況如圖7。%0.820.840.860.880.90.920.940.960.98freq(GHz)1圖8回波損耗的性能0.5mm,h4為34.5mm?；夭〒p耗和阻抗特性如圖8,圖9。通過加載環(huán)形匹配網(wǎng)絡實現(xiàn)微調(diào)諧振頻率到922MHz時使增

29、益從原來的-23dB提高到-28dB?；夭〒p耗小于-3dB的頻帶寬度有60MHz。通過HFSS軟件仿真在金屬物質(zhì)表面性能如圖10。回波損耗變化到-23dB,帶寬基本不變，能很好的滿足設計要求,在金屬材料表面保持各工作參數(shù)的性能。4結(jié)論本文設計了一種基于倒F型結(jié)構(gòu)的超高頻標簽天線。使用HFSS軟件進行了一系列仿真，調(diào)節(jié)該結(jié)構(gòu)的幾個重要敏感參數(shù)可使天線工作在所需頻段并能夠在金屬物質(zhì)表面保持良好的工作性能。通過加載環(huán)形匹配負載實現(xiàn)微調(diào)天線諧振頻率在922MHz的同時使回波損耗值達到-28dB，工作帶寬達到60MHz的寬頻特性，基本滿足RFID標簽天線的設計需求。圖10貼敷在金屬表面與自由空間回波損耗

30、特能曲線比較參考文獻FinkenzellerKlaus.RFIDHandbookM.London:Wiley,1999FinkenzellerKlaus射頻識別(RFID)技術:無線電感應的應答器和非接觸Ic卡的原理與應用M.北京:電子工業(yè)出版社,2001賴曉錚，劉煥彬,張瑞娜，等.一種平面倒F紙基RFID標簽天線J.東南大學學報:自然科學版,200&38(3):3762379.H.HarukiandA.Kobayashi,“TheInverted-FAntennaforPortableRadioUnits,”Conv.Rec.IECEofJapan(inJapanese),March1982

31、,p.613.劉志飛，王玲.多應用環(huán)境下超高頻RFID標簽天線設計工程設計學報2008年2月:第15卷第1期G.Dubost,“ShortorOpen-CircuitedDipoleParalleltoPerfectReflectorPlaneandEmbeddedinSubstrateandActingatResonance,Electron.Lett,Vol.17,No.24,November1981,pp.914-916.清華大學微帶電路編寫組.微帶電路。人民郵電出版社.1976.GaetanoMarrocco.TheArtofUHFRFIDAntennaDesign:Impedance

32、-MatchingandSize-ReductionTechniquesIEEEAntennasandPropagationMagazine,Vol.50,No.1,February2008.作者簡介：潘雯，女，碩士研究生，主要研究領域為標簽天線，移動天線等。馮全源，男，教授、博士生導師，主研國家自然科學基金重點項目“自動跟蹤同步通信衛(wèi)星平板相控天線陣”獲四川省科技進步一等獎。研究領域為集成電路設計，RFID技術，嵌入式系統(tǒng)，移動天線與智能天線系統(tǒng)，微波及毫米波技術，自適應信息處理，微波器件及材料等。一種新型并饋高增益全向微帶天線羅章杰陳星(四川大學電子信息學院，成都610064)摘要：微帶天

33、線具有加工容易和價格低廉優(yōu)勢，但目前多數(shù)微帶全向天線采用串饋形式，存在方向圖主瓣指向隨頻率不穩(wěn)定的缺陷。本文設計了一種新型全向微帶天線，它由刻蝕在介質(zhì)板上的偶極子組成陣列實現(xiàn)高增益的全向輻射，采用在微帶結(jié)構(gòu)中心進行并聯(lián)饋電方式。仿真結(jié)果表明：S11-10dB帶寬為4%(5.75.93GHz)；在該工作頻帶內(nèi)，天線有良好的水平全向特性，不圓度C1d；天線增益在11.8dBi以上，副瓣低于-13.3dB；主瓣方向在整個頻帶內(nèi)保持恒定，指定水平面。關鍵詞：微帶天線，全向，高增益，并聯(lián)饋電ANovelCorporate-FedMicrostripAntennawithOmni-directionala

34、ndHigh-gainPatternLuoZhangjieChenXing(SchoolofElectronicsandInformationEngineering,SichuanUniversity,Chengdu610064)Abstract:Microstripantennashaveadvantagesofeasyinfabricationandlow-cost,butmostomni-directionalantennasusetheserial-fedmethod,whichleadstoaproblemthattheirradiationdirectionsvarywithres

35、pecttofrequency.Inthispaper,anovelomni-directionalmicrostripantennaisproposed.Itcomprisesdipolesetchedonthedielectricsubstituteandprovidesthearrayperformanceofomni-directionalradiationpatternwithhigh-gaininthehorizontalplane.Theantennaisfedinthecorporate-fedmethodatitscenter.Resultsofnumericalsimula

36、tionsshow,theS11-10dBimpedancebandwidthis4%(5.75.93GHz);inthisfrequencyband,theproposedantennahasgoodomni-directionalradiationpatternswithgainvariationswithin1dB,highgainsmorethan11.8dBi,sidelobesof13.3dBbelowthemainlobe,andinthewholefrequencyband,mainlobesareexactlydirecttothehorizontalplanewithout

37、anybeamsquint.Keywords:Microstripantenna;Omni-directional;High-gain;Corporate-feed1引言隨著無線通信技術的高速發(fā)展，在通信基站等多類系統(tǒng)中，全向天線得到了越來越廣泛的應用，對全向天線性能要求也日益提高，如要求全向天線的不圓度低、增益高、副瓣小、輻射主瓣方向穩(wěn)定等。COCO天線是早期全向天線的典型形式，并得到了廣泛的應用1。近年來，發(fā)展了一些新的全向天線結(jié)構(gòu)，如AntonisKalis等研究的可轉(zhuǎn)換印刷環(huán)陣天線正是利用偶極子組陣實現(xiàn)全向輻射3；可以采用多個輻射方向不同的端射天線組陣來實現(xiàn)全向輻射2；還有共形天線，如

38、QiuJinghui等設計的圓柱共形全向天線4和DorisI.Wu的圓極化共形微帶陣全向天線5;ShanjiaXu等設計的周期性介質(zhì)柱漏波全向天線6；RenXueyao等設計了縫隙陣列全向微帶天線7。微帶天線具有加工方便和價格低廉的優(yōu)勢，成為全向天線設計的新潮流。為實現(xiàn)高的全向增益，圖1并聯(lián)饋電微帶全向天線結(jié)構(gòu)圖2引入同軸線纜后的天線結(jié)構(gòu)微帶全向天線較多采用多個輻射單元組成陣列。為實現(xiàn)對多個輻射單元饋電，目前大部分微帶全向天線采用串聯(lián)饋電方式。串聯(lián)饋電優(yōu)點在于饋電網(wǎng)絡簡單、饋線對天線輻射特性影響小。但由于輻射單元間距的電長度是隨頻率改變而變化，因此不能在較寬頻率范圍內(nèi)實現(xiàn)對各輻射單元的同相位饋電。這不但造成輻射增益下降，也造成主瓣方向隨頻率變化而上下移動，這在相當多應用中非常不利的。并聯(lián)饋電可以較好地解決上述串聯(lián)饋電帶來的問題。特別是從微帶天線中心處進行并聯(lián)饋電，電流流動路徑僅為串聯(lián)饋電的一半，因此各輻射單元的饋電相位不一致性得到較大改善8，并且由于結(jié)構(gòu)的上下對稱性，因此并聯(lián)饋電能夠較好地保持全向天線主瓣指向的穩(wěn)定。本文采用并聯(lián)饋電設計了一種高增益全向微帶天線，要求該天線在以5.8GHz為中心頻率的工作頻帶內(nèi)實現(xiàn)良好的水平全向輻射，主瓣恒定地指向水平面，并且具有高增益、低副瓣和不圓度小的特性2天線的結(jié)構(gòu)設計本文設計的全向微帶天線結(jié)構(gòu)如圖1所示。該天線包