枫叶形超宽带天线的设计

吴小蝶

（江门职业技术学院 广东 江门 529000）

1 引言

目前，超宽带天线已经广泛应用在无线通信领域，随着现代智能电子产品的轻巧化和工作环境的多样化，设计出小尺寸、带宽大的超宽带天线已经成为各位设计师追求的主要目标。此外，为了保证数据传输过程的稳定性，天线辐射的稳定性也是设计者需要考虑的问题。为了拓宽天线带宽，减小天线尺寸以及考虑到天线辐射的稳定性，本文使用HFSS仿真软件设计了一款枫叶形的超宽带天线。

2 天线的结构

枫叶形超宽天线的结构图如图1所示，在介质板的上侧印制了辐射贴片和部分地板，通过将辐射贴片设计成阶梯的形状，使其看上去像一片枫叶，并且在辐射贴片的中间蚀刻出多边形以拓宽工作频带。同时，为了增强天线的辐射特性，在部分地板的两侧蚀刻出对称的三角形。在下图中，介质板的尺寸为36mm×36mm×1mm，采用FR4材料，介电常数为4.4，辐射贴片通过50欧姆的CPW进行馈电，其中CPW关于Y轴对称。

通过采用电磁仿真软件Ansoft HFSS 10.0，对枫叶形天线的结构参数进行优化并且仿真，得到如图1的结构图。通过分析仿真结果，陷波的中心频率和带宽随着辐射贴片上的多边形槽的面积的改变而改变。天线的结构参数优化结果如下：Wc=0.5，Wd=2，La=6，Lb=2，Lc=8，L=36，W=36，h=1。（单位：mm）

图1 天线结构

3 结果分析

我们采用HP8510C网络分析仪来测量天线结构参数，通过分析图2得出结论：当S11＜-10dB时，使用分析仪测量的天线工作频带为2.3GHz～11GHz，仿真结果为2.2GHz～10.9GHz，因此，所设计天线的回波损耗 的仿真结果跟使用分析仪测量的结果基本一致。上述结果表明，所设计天线在工作带宽内工作性能稳定。

图2 天线的回波损耗

为了分析天线的辐射特性，分析了天线在频率5.7 GHz处的方向图，如图3（a）所示，可见在超宽带天线的工作频率点处，在H面的全向辐射特性良好，在E面也近似于全向辐射特性。

图3 方向图

4 结语

本文提出了枫叶形超宽带天线的设计，该天线在2.3GHz～11GHz范围内工作性能稳定，通过将辐射贴片设计成阶梯的形状，使其看上去像一片枫叶，并且在辐射贴片的中间蚀刻出多边形以拓宽其工作频带。除此之外，在天线的工作频段内，该天线在Y和Z方向上具有十分稳定的辐射特性。所设计的天线带宽大，工作稳定，结构紧凑，易于制造，能够广泛应用于超宽带无线通信领域。

[1] Cui Yue-Hui，Li Rong-lin，Wang Peng.Novel Dual-Broadband Planar Antenna and Its Array for 2G/3G/LTE Base Stations[J]. IEEE Transactions on Antennas and Propagation，2013，61(3):1132-1138.

[2] Cui Yue-Hui，Li Rong-lin，Wang Peng. A Novel Broadband Planar Antenna for 2G/3G/LTE Base Stations[J].IEEE Transactions on Antennas and Propagation，2013，61(5): 2767-2773.