基于微带馈电的平面单极子超宽带天线

自从2002年美国联邦通信委员会（Federal Communication Committee, FCC）开放超宽带标准以来，超宽带技术引起了人们越来越多的关注。超宽带传输具有高传输率，低辐射、低散射损耗等特点。用于脉冲辐射和接收的超宽带天线是超宽带系统的一项关键技术。所以对超宽带小型化天线的研究一直是一个热点。 【基于微带馈电的平面单极子超宽带天线】是一种在无线通信领域中备受关注的技术，尤其自2002年美国联邦通信委员会（FCC）制定超宽带（Ultra-Wideband, UWB）标准以来。UWB技术以其高速传输能力、低辐射强度以及低散射损耗的特点，广泛应用于无线通信、定位、成像等多个领域。在UWB系统中，超宽带天线作为关键组件，承担着发射和接收超短脉冲信号的任务，因此对于小型化、高性能的超宽带天线的研究始终是科研的重点。 平面单极子天线因其低轮廓、轻量化、易于集成以及低成本的特性，特别适合移动通信应用。然而，传统贴片天线的带宽相对有限，为拓宽带宽，研究者们提出了一些改进方法，如电阻加载和改变天线形状。其中，电阻加载虽能增加带宽，但可能降低天线效率。另一方面，平面单极子天线通常有一个大的地板与天线臂垂直，这限制了天线的小型化设计。共面波导馈电和开槽相结合的方式也被用来扩展带宽。 本文设计的平面单极子超宽带天线采用微带馈电，其独特之处在于采用了锥形渐变馈线和非对称馈电技术，以进一步拓宽天线带宽。天线结构设计在Rogers5880材质的基板上，基板尺寸为25 mm × 30 mm，厚度1.9 mm，介电常数为4.4。地板尺寸为25 mm × 14 mm，微带馈线设计为15 mm长的锥形渐变线，输入阻抗为50Ω。通过非对称馈电，馈电点被设置在天线偏左位置，以优化带宽。经过仿真优化，天线在2.8 GHz - 18.6 GHz的频段内回波损耗小于-10 dB，满足了UWB系统的频率范围要求。 天线的仿真结果显示，其在设计频段内具有良好的回波损耗性能和增益。在E平面和H平面上的辐射方向图显示了天线的辐射特性，增益在1.7 dBi 到5.05 dBi之间变化，表现出较好的频率响应。通过参数扫描，发现当g=1mm，W1=4mm时，天线性能最佳。此外，为减少反射损耗，天线的直角处进行了导圆角处理，进一步优化了天线性能。 本设计的平面单极子超宽带天线具有宽频带、结构简单、紧凑且易于加工的特点，完全符合小型化超宽带天线设计的要求，适用于各种UWB应用场景。这一创新设计为超宽带通信提供了新的可能性，并为未来天线技术的发展开辟了新的研究方向。