具有WiMAX陷波特性的超宽带天线设计

考虑到超宽带通信系统对现有其它无线通信系统运行的影响，设计一种具有WiMAX陷波特性的超宽带天线。该天线尺寸大小为0.8 mm × 30 mm × 34 mm，采用圆弧状T形贴片作为辐射单元，并通过在该辐射贴片上开L形槽来实现陷波特性。仿真实验结果表明：天线的带宽为2.9~10.8 GHz，同时具有3.2~3.8 GHz的陷波，平均增益约为4.0 dBi，并具有稳定的准全向性辐射特性。该天线能够满足多种超宽带通信系统的应用要求。

超宽带通信技术(UWB, Ultra-Wide Band)是一种以极低功率谱密度在短距离内高速传输数据的宽带宽无线通信技术。

认定超宽带天线有两种不同的标准：一种定义是1990 年由美国国防部先进研究项目署(DARPA)报告提出， 指分数带宽超过25%的天线；另一种定义最近由联邦通信委员会(FCC)提出， 将25%改为20%。

同时FCC 规定3.1 GHz~10.6 GHz 之间总共7.5 GHz 带宽范围属于UWB 使用频段。

超宽带技术具有带宽大、传输速率高、抗干扰性强等优点，因此被广泛应用于通信、雷达和军事等领域[1]-[3]。作为超宽带通信系统的重要组成部分，超宽带天线这几年受到了越来越多的关注和重视，许多具有不同形状辐射贴片或缝隙的单极子UWB 天线相继被提出。

然而，UWB 系统的宽频特性将干扰现有其它无线通信系统的运行。如IEEE WiMAX 网络(3.3~3.7 GHz)就工作在UWB 频带内。因此，设计具有陷波特性的UWB 天线就显得十分重要。目前，国内外学者在设计超宽带天线时，为使天线具有陷波特性，采用了多种不同技术来实现目的，例如，可以在天线的结构中附加寄生结构单元贴片[4] [5]，使用分形结构[6] [7]，改变调谐枝节结构[8] [9]，嵌入不同形状大小的槽[10]-[13]等。

其中在辐射贴片或者介质板上嵌入不同形状大小槽的方法应用最为广泛。

嵌入槽结构天线比较容易产生陷波，槽的大小，形状，宽窄等参数皆对产生陷波的性能有直接影响，可以决定产生陷波的频率范围，陷波峰值的大小以及带宽等，然而对整个频带内阻抗匹配影响并不大。常规槽嵌入方法是使槽口成线性，即槽口宽度很窄，可以改变槽口长度来调节陷波特性，灵活性大大增加。槽的形状是各式各样的，比如直线形、T 形、H 形、O 形等。不管槽的形状如何变化，其目的大多是通过改变天线的表面的电流分布来使得陷波具有不同的特性。

基于此， 文中设计了一种具有WiMAX 陷波的小型微带超宽带天线。

天线的辐射单元采用T 形贴片， 通过在该T 形辐射贴片上嵌入L 形槽，使其在窄带WiMAX 频段(3.3~3.7 GHz)产生陷波，避免对其产生干扰。此外，采用微带反馈传输线和局部接地的方法，使得所设计的超宽带天线在较宽的频带内具有良好的阻抗匹配，高增益和准全向辐射特性。

2. 天线结构设计 文中所设计的超宽带天线的结构如图1 所示。从图1 中可以看出，天线为T 形弧状结构，为了缩减天线尺寸，该天线由辐射贴片、介质基板和地平面三层组成，其尺寸为0.8 × 30 × 34 mm3，介质基板采用FR4 材料，厚度为0.8 mm，介电常数为4.4。在介质基板上的一面附着金属片作为辐射贴片，辐射贴片的窄末端与微带线相连进行馈电，使用CST 微波工作室进行天线的建模与仿真工作。计算仿真设置天