該天線由同軸饋電，天線的製作是通過在介質基板上下麵上分別印刷一個半圓形金屬，在上層刻蝕掉2個正方形圖案，下層刻蝕掉2個半圓形圖案實現。仿真和實物 實測結果都可以證實，天線的工作頻帶為3.1～10.6 GHz，有很好的全向輻射方向圖和良好的線性相位響應。

聯邦通信委員會(FCC)分配了3.1～10.6 GHz的頻譜資源給超寬帶無線通信應用，在學術和工業領域內引起了超寬帶(Ultra-Wide Band
，UWB)天線的研究熱潮。與其他係統的天線相比，一個性能優良的UWB超寬帶應用天線，除了具有很寬的頻帶外

，還要有近似全向的輻射方向圖和良 好的色散特性。

盡jin管guan一yi個ge傳chuan統tong的de單dan極ji子zi天tian線xian
，例li如ru橢tuo圓yuan形xing單dan極ji子zi天tian線xian

，具ju有you很hen好hao的de超chao寬kuan帶dai特te性xing
，但dan是shi在zai超chao寬kuan帶dai係xi統tong中zhong使shi用yong這zhe樣yang的de天tian線xian
，非fei平ping麵mian結jie構gou是shi其qi主zhu要yao的de缺que點dian。平ping麵mian單dan極ji 子天線通常由微帶線或者各種形狀的波導(Coplanar Waveguide，CPW)饋電，這些饋電方式之所以如此受關注，是因為這些饋電方式適合於超寬帶應用
，具有很多優點，例如：低剖麵，重量輕和易於製 作。但是設計人員就必須更關注於饋電線的設計，這樣使得設計變得較為複雜。

文(wen)中(zhong)提(ti)出(chu)了(le)一(yi)種(zhong)新(xin)型(xing)的(de)平(ping)麵(mian)超(chao)寬(kuan)帶(dai)天(tian)線(xian)，使(shi)用(yong)了(le)蝶(die)形(xing)結(jie)構(gou)，同(tong)軸(zhou)饋(kui)電(dian)，設(she)計(ji)過(guo)程(cheng)非(fei)常(chang)簡(jian)單(dan)，無(wu)需(xu)考(kao)慮(lv)饋(kui)電(dian)線(xian)。天(tian)線(xian)結(jie)構(gou)是(shi)通(tong)過(guo)在(zai)介(jie)質(zhi)基(ji)板(ban)的(de)2麵分別印刷上一個半圓形金屬，在輻射麵上刻蝕掉2個對稱的正方形和在接地麵上刻蝕掉2個半圓形圖案實現的。

1 天線的設計

文中所提出的超寬帶天線由同軸饋電

，饋電位置如圖1所示。天線製作在FR-4環氧樹脂介質基板上，板層厚度為1.6 mm，相對介電常數εr=4.4
，損耗正切tanδ=0.02。該天線的幾何結構和參數如圖1所示。天線結構的輻射麵是在介質板上層麵印刷了一個半圓形金 屬平麵，在半圓的兩邊對稱地刻蝕掉2個正方形平麵，如圖1(a)所示：天線接地板同樣是在介質板下層麵印製了一個半圓形金屬平麵，左右兩邊對稱地刻蝕掉了2個半圓形平麵，如圖1(b)所示。天線最後的優化參數為a=30 mm
，b=4 mm和R=8 mm。

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2 仿真和測試結果

該天線的設計和分析是基於有限元算法的商用化軟件Ansoft HFSS11進行的
，並利用該軟件獲得了仿真結果。除此之外，作者還根據仿真模型製作了一款實物天線
，如圖2所示。使用Agilent公司生產的E8363B矢量網絡分析儀對實物天線進行了測量。

xiamianweiletaoluntianxianfushepianshangqiediaodelianggeduichengdezhengfangxingmianhejiedimianshangqiediaodelianggeduichengdebanyuanxingmiandeyingxiang
，liyongfangzhenruanjianfenbieduizhengfangxingmiandebianchangb和半圓形麵直徑R對於反射損耗的影響進行了分析。

不同的邊長b對天線性能的影響如圖3所示。由圖可以看出


，尺寸b不同時
，天線的第1個諧振點基本上保持不變，這是因為天線的主要頻帶是由天線的輻射 麵大小決定的。當b值小於5 mm時天線反射損耗表現為在帶內的幅度和頻點的微小波動，當b值大於5 mm時天線回波損耗曲線出現了兩個較深的諧振點，隨著b值增大第一個頻點的深度逐漸加深，第2個頻點的頻率逐漸增大
，深度加深。

不同的R值對天線特性的影響如圖4所示。因為R值改變的是接地板的形狀
，相對於b值的影響，直徑R的影響要小的多，不同的R值zhi，基ji本ben上shang不bu改gai變bian天tian線xian的de頻pin帶dai特te性xing
，隻zhi是shi影ying響xiang帶dai內nei不bu同tong頻pin點dian的de反fan射she深shen度du。通tong過guo以yi上shang討tao論lun獲huo得de了le天tian線xian性xing能neng的de優you化hua模mo型xing
，以yi下xia對dui該gai優you化hua模mo型xing結jie果guo進jin行xing分fen析xi。天tian線xian的de駐zhu波bo比bi(VSWR)結果如圖5所示。由圖可以看出，在超過預設頻帶3.1～10.6 GHz的範圍內，該天線的VSWR≤2。

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天線在不同頻點4.7和10 GHz的x-z和y-z麵的仿真輻射圖如圖6，7和8所示。由圖可以看出，在x-z麵，該超寬帶天線較低頻段(3～7 GHz)具有較好的全向輻射特性;在x-z麵
，頻率為10 GHz時
，輻射方向圖幾乎為全向。

最zui後hou，文wen中zhong討tao論lun天tian線xian在zai無wu失shi真zhen情qing況kuang下xia發fa送song和he接jie收shou脈mai衝chong的de特te性xing。由you於yu超chao寬kuan帶dai係xi統tong使shi用yong脈mai衝chong傳chuan輸shu
，一yi個ge重zhong要yao的de問wen題ti是shi天tian線xian脈mai衝chong失shi真zhen。理li想xiang情qing況kuang下xia

，希xi望wang是shi一yi個ge線xian性xing 相位響應(不變群延遲)。在此情況下
，我們先測量2天線間的頻域傳輸係數，然後轉化為時域結果。2天線間隔30 cm
，其群時延結果如圖9所示。該天線在大於超寬帶天線頻帶的範圍內群延遲變化小於0.8 ns。群延遲特性表明，該天線相位線性超過了超寬帶頻段。

結語

文中成功設計了一個由同軸饋電的平麵超寬帶天線。天線的設計簡單，仿真和測量結果表明，所設計的天線覆蓋UWB係統的3.1～10.6 GHz頻段
，天線具有很好的全向輻射特性和良好的線性相位響應。
 
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