一种超宽带贴片天线的设计与研究

该设计的目标旨在低于-10dB的回波损耗(S11)的情况下，天线能达到良好性能和较好带宽。为实现这一目标，恰当的天线几何尺寸是必需的。因此，为了获得最佳的回波损耗和阻抗带宽，将对该天线的设计参数，如缝隙，贴片形状和馈电宽度进行研究和比较，使用Ansoft HFSS 12.0仿真软件仿真，以使天线做到最佳的尺寸。

设计方案优化前的回波损耗和远场辐射图如图3所示。

由上图可以看出，该天线的阻抗带宽大致范围为1.65~5.00GHz，并没有达到超宽带的要求，属于窄带天线。且由远场辐射方向图看出天线所表现的全向性并不好，因此，下面将通过Ansoft HFSS仿真软件对贴片天线的一些尺寸参数进行优化，力求达到超宽带天线的要求。

优化方案

对各个物理参数进行优化改进设置。经过仿真分析，接地板宽度L4从10mm开始，随着宽度的增加，带宽越来越宽，当L4达到13mm时，则它不再满足超宽带的特性，因而我们认定当L4=12mm时能够获得最佳的阻抗带宽。改变横缝隙的位置，让它向着y轴正向移动，距x轴的距离设为H，在L1变动时，此时我们发现，当H=23mm时，阻抗带宽范围为2.25~11.5GHz，也由此得出H为23mm时是最适合的位置。研究表明竖条缝隙的位置对天线的回波阻抗的影响并不是很大，随着其长度的增大，阻抗带宽也会有相应的增加，所以选择其长度L9=15mm能够满足最佳的天线性能。我们又改变了L7长度的大小来观察天线的回波损耗得出了当L7=6mm时，天线能够表现出最佳的回波损耗性能。实验中又试着再改变L10的大小，当L10=2mm时，天线能够表现出最佳的回波损耗性能。并且还得出了随着L10的增加，天线的阻抗带宽也随着增加的结论。接下来改变宽度W的大小，观察总结出当W=1mm时，天线能够表现出最佳的回波损耗性能。且随着W的增加，天线的回波损耗越来越差，阻抗带宽也越来越小。最后讨论小半圆半径R对天线回波损耗的影响，得出当R=11mm时，天线能够表现出最佳的性能。且随着R的增加，天线的回波损耗变得越来越差。经过对天线设计参数的仿真与细致研究，我们得出最终的优化的结果，各项物理参数如表2所示。

依照上表中天线的尺寸，对最后设计的天线进行仿真，得到理想的天线的回波损耗图和在频率点分别为2.5GHz和7.5GHz的远场辐射图如图4。可以看出，通过Ansoft HFSS 12.0仿真软件的优化，我们得到了性能比较优越的天线回波损耗S11值和远场辐射图。得出设计的天线带宽范围大致在1.50~11.50GHz范围内，而且远场辐射图表现出的辐射范围也比较大，给出的匹配较好的频率点f=2.5GHz，f=7.5GHz的远场辐射图，可以清楚地看出超宽带贴片天线所表现出的辐射性能。所以，经过对设计天线一系列参数的仿真优化得到了符合要求的设计。

结束语

本设计中阻抗带宽大致在1.50~11.50GHz范围，对于稍低的频段，如2.5GHz或5.8GHz频段，可用于无线局域网(WLAN)通信。而2.4GHz，5GHz(5.15~5.25GHz，5.250~5.350GHz和5.470~5.725GHz)则可允许WiFi通信;2.3GHz，2.5~2.7GHz，3.5GHz(3.3~3.8GHz)可以进行Wimax(全球微波互联接入)通信。1710～1885MHz，2500～2690MHz，则可用于3G通信。设计的超宽带贴片天线很好的解决了FCC与WLAN频段的重叠问题，也使天线在WLAN频段达到了良好的陷波特性。因受实验条件等因素制约，没能够做到实物产品和实际测量，只是经过了计算机仿真实验并得出了较好的结果，接下来就是要落实到硬件实现，真正做到设计的超宽带贴片天线具有较高性能和实用价值。

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