用于超宽带应用的新型共面波导馈电菱形紧凑矩形缝隙天线外文翻译资料

 2022-11-18 20:02:39

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用于超宽带应用的新型共面波导馈电菱形紧凑矩形缝隙天线

Mohsen Koohestani和Mohsen Golpour

工学研究科，伊斯兰自由大学，德黑兰，伊朗；

通讯作者：koohestani.telecom@gmail.com 工程学院电气工程系，塔比阿特莫达勒斯大学（TMU），德黑兰，伊朗。

2009年5月2日收到来稿。

摘要：提出了一种覆盖的频率范围从2.27到10.63 GHz基于S11小于-10 dB，129%，新型共面波导馈电的菱形补丁矩形缝隙天线。制造的天线具有达42*42平方毫米的小尺寸。测量结果与仿真结果吻合得很好。测得的辐射图案几乎是全向的大部分的频率带宽。天线的增益范围从1.6到7.6 dBi。简单的结构，紧凑的尺寸，和良好的特性，使天线易于使用在商业超宽带系统。2009威利期刊公司微波选项技术研究 52卷：331–334页，2010年；在线发表在Wiley InterScience（www.intersciencewiley.com）。DOI 10.1002/mop.24899

关键词：超宽带天线；矩形槽；菱形贴片

图1：天线几何图【彩图可在 www.interscience.wiley.com 查阅观看】

  1. 介绍

最近，微带天线由于其低成本、低剖面，重量轻，制作简单，并与其他微波电路易于集成的有趣优点已广泛实现操作在美国联邦通信委员会（FCC）频率定义覆盖范围从3.1到10.6 GHz的高数据率和短距离超宽带（UWB）商业通信系统。UWB天线必须覆盖定义的频率范围与全向辐射图案。此外，具有小尺寸是此类天线的优点。虽然传统的微带天线是以具有窄的阻抗带宽著称，许多类型的拥有增强的阻抗带宽和小尺寸微带天线[ 2 - 5 ]和微带缝隙天线[ 6 - 10 ]在过去的几年里已被引入和制造UWB应用。在这封信中，我们提出了一种新型紧凑印刷矩形微带缝隙天线的UWB应用。通过介绍一种简单的馈电结构引入了一种超宽带（UWB）阻抗匹配。共面波导(CPW)钻石贴片用于实现涵盖fcc分配超宽频阻抗匹配。建议的结构被印刷在一个薄的基板与低介电常数和在基板的一侧上。测得的回波损耗范围从2.27到10.63 GHz，表明约129%的阻抗带宽。在E面和H面天线的辐射模式进行了测量与仿真结果。测量结果表明了超宽阻抗带宽和全向辐射模式。

  1. 天线的几何尺寸

如文中所指，在此想法的基础上我们修改了建议的结构。文献中提出的天线尺寸比传统天线尺寸约小58%。该天线的几何结构和设计参数见图1。它由一个简单的金刚石片连接到共面波导馈线，激发一个矩形槽，其中C和D是矩形槽的宽度和长度，m演示了钻石贴片，W和i是共面波导传输线的宽度和间隙，a和b确定接地平面面积，K是钻石贴片和共面波导接地平面之间的距离。该结构是基于厚度等于31密耳的电介质衬底和相对介电常数为2.33的模拟。共面波导馈电线是为1.4毫米宽度和0.3毫米间隙的50x阻抗线设计的。钻石贴片和CPW馈线之间的距离，槽的尺寸，钻石贴片尺寸，和接地平面面积影响天线的阻抗带宽。参数优化有助于天线显示更宽的阻抗匹配。该结构采用Ansoft高频结构优化（HFSSTM），利用有限元法进行电磁仿真。该天线的背面金属完全被移除。所制造的天线的最终尺寸列于表1，图2展示了天线的制造，所制造的天线尺寸为42*42平方毫米。

表格1：天线参数值

图2：制造的天线

图3：基于表1尺寸的图1天线模拟和实测回波损耗

图4：模拟和测量面辐射模式(a) 2.27GHz, (b) 6 GHz, (c) 10.6 GHz.

图5：模拟和测量H面辐射模式 (a)2.27 GHz, (b) 6 GHz, (c) 10.6 GHz

  1. 实验结果

制造出基于表1给出尺寸的提出的天线。安捷伦8722矢量网络分析仪（50–40 GHz）是用来测量天线的回波损耗。天线是通过一个微型版（SMA）连接器。所制天线模拟和测量的回波损耗如图3所示。结果表明，天线阻抗带宽从2.27扩展到10.63 GHz，高达129%，覆盖FCC定义的频带，并确认天线显示UWB特性。这种行为进行了预测HFSS仿真。模拟回波损耗曲线显示四个显着的谐振频率，广泛分散在整个天线阻抗带宽。些谐振频率接近2.4，3.6，5.9，和8.8 GHz。测量和模拟结果之间的差异可能是由SMA连接器的影响和制造缺陷所致。X-Y平面和y-z平面上分别选择显示天线的E面和H面辐射模式。图4和图5为在2.27，6，和10.6 GHz同极性和交叉极性的天线归一化辐射方向图。据观察，实测结果与仿真结果吻合良好。很显然，在E面天线的辐射图像，相对的较低的频率对应较低的增益。在更高的频率的辐射图像是扭曲的，天线增益提高。H面天线具有双向辐射图案。天线宽边收益测量结果见表2。增益范围从1.6到7.6 dBi。

  1. 结论

提出了一种新颖的馈电结构紧凑矩形微带缝隙天线。该天线使用一个简单的金刚石片料。天线印刷在薄膜基板的单面。测量回波损耗确定天线的超宽带特性。观察模拟和测量结果吻合良好。天线辐射模式进行了测量和介绍。测试结果表明，该天线的辐射模式在E面约全向他们对称H面上的天线的阻抗带宽最多的分数。超宽阻抗带宽和制造天线的小尺寸，使天线适合UWB应用。

引用

  1. 联邦通信委员会，第一次报告和命令，对委员会的规则对于UWB传输系统02-48 FCC 15部分的修订，华盛顿，2002年4月22日。
  2. S.T. Choi，K. Hamaguchi，R. Kohno，用于超宽带应用的小型印刷共面波导馈电三角单极天线，微波光学技术研究51（2009）。
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  4. N.C. Azenui and H.Y.D. Yang，用于超宽带应用的印刷新月形贴片天线，IEEE天线无线公司Lett 6 （2007）。
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  6. M. Naser-Moghadasi,，M. Koohestani，M. Golpour，和 B.S. Virdee新型菱形开口微带馈源超宽带方形缝隙天线，微波光学技术 Lett 51（2009）。
  7. J. Lao，R. Jin，J. Geng，Q. Wu，圆形贴片超宽带微带椭圆缝隙天线，微波光学技术研究Lett 50 （2008）。
  8. M. Gopikrishna，D.D. Krishna，C.K. Aanandan，P. Mohanan，和 K. Vasudevan，一个微带馈电缝隙天线的超宽带通信系统的设计步骤，微波光学技术Lett 51 （2009）。
  9. J. Lao，R. Jin，J. Geng，Q. Wu，圆形贴片超宽带微带椭圆缝隙天线，微波光学技术 Lett 50 （2008）。
  10. Ansoft HFSS用户手册，Ansoft公司，版本11，2007。

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