一种高隔离度双极化微带天线的设计

过辐射单极子以及开在地板上的距离单极子λ/4的I 型缝隙来获得的。单一的微带馈线分为两部分：一部分直接对辐射单极子进行馈电；另一部分对地板缝隙进行耦合馈电。众所周知，单极子是由电流激励的，缝隙是由磁流激励的，而电流与磁流辐射场的电场矢量在空间上正交；由于单极子与缝隙相距为λ/4，馈线先馈电给单极子，然后耦合馈电给缝隙，因此单极子上激励起的电流Iz比缝隙上激励起的磁流Kz超前90°；通过选取合适的单极子与缝隙的尺寸，使得它们的辐射场振幅可设计的相同[10]。综上，两个在空间正交的电场矢量相位相差90°，幅度相同，因而实现了圆极化。图2给出了天线的三种试图和具体结构示意图。

图1 天线的结构示意图

对于阻抗带宽，通过选择长Lf宽Wf的50?馈线分别与精心选择的长Lp1宽Wp1和长Lp2宽Wp2的阻抗变换器相连接，从而获得良好的阻抗匹配。此外，还通过增加长为Ls，宽为Ws的枝节来展宽阻抗带宽。该天线采用FR4介质基板，厚度h=1.6mm，介电常数?r=4.4，损耗角正切?=0.02。介质基板的总体尺寸为L?W?h（40mm?36mm?1.6mm）。通常，印刷单极子的长度为波长的一半，所以这里单极子辐射器的尺寸为L0?W0（22mm?12mm）。

（a）俯视图

（b） 仰视图

（c） 侧视图

图2 天线的三种试图和具体结构

3 结果分析

为了得到天线的最佳性能，本文通过电磁商业

软件HFSS.11对天线的各项性能进行仿真优化。除了下述的参数外，其他参数取值如下：

Lg=16mm，Lf=6mm，Lp1=8mm，

Lp2=18.5mm，Wf=3mm，Wp1=1.5mm，Wp2=1mm，

Ls=4mm，Ws=2mm，F=4.5mm，M=3mm，S0=4mm，S1=2mm，S2=6mm，S3=2mm，S4=14mm。

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图3给出了天线的回波损耗。从图中可以看出，该天线的阻抗带宽为2.35GHz（2.65-5GHz），相对阻抗带宽为61.4%。图4给出了天线的轴比特性。由图可知，该天线的3-dB轴比带宽覆盖了3.3-5GHz的范围，绝对带宽为1.7GHz，相对带宽为41%。相对于文献[9],该天线进一步展宽了轴比带宽。图5给出了天线在不同频率下的归一化方向图特性。从图中可以看出，该天线具有良好的宽带圆极化特性。

（b）4.1GHz主极化和交叉极化

图3 回波损耗

（c）5GHz主极化和交叉极化

图5 归一化方向图

4 总结

本文提出了一种新颖的宽带单馈电圆极化微带单极子天线。利用印刷单极子和地板上的缝隙来实现宽带圆极化特性。阻抗带宽和轴比带宽特性均远远好于普通的贴片、单极子和缝隙天线。相对于文献[9]中的单极子天线，该天线进一步展宽了轴比带宽，缩小了天线的尺寸。此外，该天线由于具有小型化、结构简单、易于加工等优点，非常适合应用在现代通信系统中。

图4 轴比特性

（a）3.3GHz主极化和交叉极化

参 考 文 献

[1] J.R.James and P.S.Hall, Handbook of Microstrip Antennas, Peter Peregrinus, London, 1989. [2] Kin-Lu Wong, Compact and Broadband Microstrip Antennas, Ch5.

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[3] H.Iwasaki, A circularly polarized small-size microstrip antenna with a cross slot, IEEE Trans. Antennas Propagat. 44, 1399-1401,

Oct.1996.

[4] J. H. Lu, C. L. Tang and K. L. Wong, Single- feed slotted equilateral-triangular microstrip antenna for circular polarization, IEEE

Trans. Antennas Propagat. 47, 1174-1178, July 1999.

[5] K. P. Yang, K. L. Wong and J. H. Lu, Compact circularly-polarized equilateral-triangular micro- strip antenna with Y-shaped slot,

Microwave Opt. Technol. Lett.20, 31-34, Jan. 5, 1999.

[6] K. L. Wong, W. H. Hsu and C. K. Wu, Single- feed circularly polarized microstrip antenna with a slit, Microwave Opt. Technol.

Lett.18, 306-308, July 1998.

[7] J. H. Lu, C. L. Tang and K. L. Wong, Circular polarization design of a single-feed equilateral- triangular microstrip antenna,

Electron. Lett.34, 319-321, Feb. 19, 1998.

[8] S. A. Bokhari, J. F. Zuercher, J. R. Mosig and F. E. Gardiol, A small microstrip patch antenna with a convenient tuning option,

IEEE Trans. Antennas Propagat.44, 1521-1528, Nov, 1996.

[9] Christina F.Jou, Jin-Wei Wu and Chien-Jen Wang, Novel Broadband Monopole Antennas With Dual-Band Circular Polarization,

IEEE Trans. Antenna Propagat. Vol. 57, no. 4, 2009. [10] 钟顺时. 微带天线理论与应用. 第三章. 1990.

作者简介：

李萌，女，硕士研究生，主要研究方向为卫星通信天线。

鄢泽洪，男，教授、博士生导师，主要研究领域为天线伺服控制，卫星通信天线等。

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一种新颖的陷波超宽带平面天线

乔 青 尹应增 吴为军 任学施 苏振华

(西安电子科技大学天线与微波技术国防科技重点实验室，陕西 西安 710071)

摘 要：本文提出了一种新颖的陷波超宽带平面天线。该天线采用印刷电路板上的眼形贴片作为辐射单元，并由同一平面上的微带线进行馈电，通过在眼形贴片上开一个E形缝隙来实现陷波功能。仿真及测量结果表明，该天线在3.1-10.6GHz工作频段内的电压驻波比小于2，在频率3.4GHz处具有陷波特性，从而有效抑制了超宽带系统与WiMAX系统间的干扰。仿真结果与测试结果吻合较好，验证了设计的正确性。 关键词：眼形贴片天线，陷波特性，E形缝隙，超宽带，WiMAX

A Novel Band-notch Ultra-wideband Planar Antenna

Qiao Qing Yin Yingzeng Wu Weijun Ren Xueshi Su Zhenhua

(National Laboratory of Antennas and Microwave Technology , Xidian University , Xi’an Shaanxi 710071 , China) Abstract：A novel band-notch ultra-wideband planar antenna is presented. The antenna printed circuit board using an eye patch as a radiation unit by the other surface of micro-strip line feed. An E-shaped slot is cut in the radiation patch to obtain the band-notch function. Experimental results show that the voltage-standing wave ratio (VSWR) in the work band of 3.1-10.6 GHz less than 2.The antenna has a band-notch function at 3.4GHz, and inhibit the potential interference between ultra-wideband systems and WiMAX systems. Simulated and measured results validate our design.

Key words：eye-shaped antenna; band-notch; E-shaped slot; UWB；WiMAX

同样可以实现良好的匹配与陷波功能[4]。

文献[5]中给出一种眼形立体单极子UWB天线，频率从3-20GHz，电压驻波比小于2，但是该天线尺寸较大、不易集成且未提及陷波结构。基于此，本文提出了一种结构简单具有陷波特性的平面UWB天线，通过将立体眼形结构变为平面结构，同样可以实现超宽带功能，这样就大大减小了天线尺寸，降低了成本，方便加工，而且通过在眼形辐射体上开一个合适的E形缝隙，实现了所需陷波结构，更具有实际意义。

1 引言

随着高速电子集成电路的快速发展，为了适应小型集成化的需求，超宽带（UWB）天线的研究与应用引起极大关注，UWB天线作为其重要元件，近年来成为了研究的热点[1]。由于UWB通信系统的频段内还存在无线局域网（WLAN）、WiMAX等窄带通信系统，从系统兼容的角度出发，为了降低不同系统间的相互干扰，使用带陷波功能的UWB天线是一种简单而行之有效的方法。

引入陷波的方法有很多种，例如通过在渐变槽线天线的开口端引入一对四分之一波长的寄生槽[2]；在辐射缝隙内部引入一个U形寄生开路单元[3]；采用分形结构的调谐枝节，利用分形边界的变化，·8·

2 天线设计与分析

本天线主要由眼形单极贴片和微带线馈电部分