一种新型高增益超宽带(UWB)宽槽天线阵的设计.doc

一种新型高增益超宽带(UWB)宽槽天线阵的设计
陈董黄晓东程崇虎
(南京邮电大学电子科学与工程学院,南京 210003)
摘要:设计了一种新型高增益超宽带(UWB)宽槽天线阵。该天线阵采用了一种新型的组阵方式,将两个超宽带宽槽天线正反相对的制作在同一个介质基板的两面,再用微带线进行反相馈电。这种新型的组阵方式在宽频带内保持了两个天线阵元的同相和对称,用电磁仿真软件IE3D对该天线阵的特性进行了仿真计算。仿真结果表明,%(|S11|≤-10dB),增益5dBi~7dBi,比单个宽槽增益提高了约3dBi。
关键词:高增益天线,宽槽天线,天线阵,超宽带
A Novel High-Gain Ultra-wideband (UWB) Wide Slot Antenna Array Design
Chen Dong Huang Xiaodong Cheng Chonghu
(School of Electronic Science and Engineering, Nanjing University of Posts and munications, Nanjing 210003)
Abstract: A novel high-gain ultra-wideband (UWB) wide slot antenna array is presented in this paper. A couple of UWB wide slot antennas are fabricated on the opposite sides of the substrate and fed by microstrip line. mercial ic simulator IE3D is employed to optimize the performance of the antenna array. This method keeps the couple of antennas in-phase and symmetrical over a wideband frequency range. The simulated results show that the impedance bandwidth of the antenna array is around %(|S11|≤-10dB). The gain is from 5dBi to 7dBi, which is 3dBi higher than that of a single wide slot antenna.
Keywords: High-gain antenna; Wide slot antenna; Antenna array; Ultra-wideband (UWB)
1 引言
随着无线通信技术的发展,特别是2002年美国通信委员会(FCC)~ GHz频段作为超宽带(UWB)通信使用[1],使超宽带天线技术的研究成为一个新的研究热点。基金项目:教育部博士点基金(200802930002)
在众多的宽带天线结构中,微带宽槽天线因其带宽(|S11|≤-10dB)宽,制造公差要求低等优点而得到了广泛的研究,已经有大量宽槽结构的超宽带天线出现在相关的文献中,如矩形[2-4],三角形和半圆形[5,6],锥形[7]等。在通信领域中,为了达到一定覆盖范围和信号强度,又要求天线具有较高的增益,而当单个天线达不到增益要求时,组阵是提高增益的一种常见方法。传统的并联馈电组阵方式[8]如图1(a)和(b)所示,除了馈电结构复杂,占用较大的电路面积外,而且还存在着以下问题:1、如图1(a)所示的组阵方式无法做到在水平面或垂直面内全向辐射;2、对于宽槽结构的超宽带天线,其接地面的大小对天线性能也有着一定的影响,在采用图1(b)的并联馈电的组阵方式后,由于天线阵元的排列方式不是关于y轴对称,一个阵元的等效接地面会受到另一个阵元的影响,两个阵元的电流分布是非对称的,从而造成天线阵的最大辐射方向与单个阵元的最大辐射方向不一致。
针对上述问题,本文设计了一种新型高增益超宽带宽槽天线阵。该天线阵采用了一种新型的组阵方式,将两个超宽带宽槽天线正反相对的制作在同一个介质基板的两面,再用微带线进行反相馈电。这种新型的组阵方式在宽频带内保持了两个天线阵元的同相和对称,用电磁仿真软件IE3D对该天线阵的特性进行了仿真计算。仿真结果表明,%(|S11|≤-10dB),增益5dBi~7dBi,比单个宽槽增益提高了约3dBi,而且结构紧凑,制作方便。
图1 传统宽槽天线组阵方式
2 天线结构与性能
图2 (a)所示为超宽带宽