超宽带mimo天线，超宽带天线的原理与结构设计

很多朋友对超宽带mimo天线，超宽带天线的原理与结构设计不是很了解，每日小编刚好整理了这方面的知识，今天就来带大家一探究竟。

近年来，随着无线通信产品的普及和超宽带技术的发展，人们对天线带宽提出了越来越高的要求。2002年以来，美国联邦通信委员会(FCC)通过决议，允许3.1-10.6 GHz频段用于商用领域，数据传输速率高、成本低、功耗低、抗干扰能力强的超宽带通信系统发展迅速。应用于超宽带通信系统终端的天线必须具有以下特性：线性相位响应、全向辐射方向图和稳定的增益。

因此，超宽带天线的设计成为超宽带系统的主要挑战之一。矩形、圆形、椭圆形、蝶形单极子和偶极子等平面印刷天线具有宽频带、低色散、低损耗、低剖面、重量轻、易于制造和价格低廉等优点，在超宽带通信系统中得到了广泛的应用。CPW馈电的平面印刷天线易于与有源和无源器件串并联，易于集成MMIC，有利于阻抗匹配和增益提高。

然而，该频带包括WLAN的5.2 GHz和5.8 GHz工作频带。为了避免干扰WLAN，需要在5 ~ 6 GHz频段增加带阻特性。因此，具有带阻特性的超宽带天线得到了广泛的研究。

本文提出了一种结构简单的新型共面波导馈电的具有带阻特性的平面单极超宽带天线。在这种天线中，在辐射单元上开一个矩形宽槽，然后加上一个矩形微带调谐分支，从而获得良好的带阻特性。通过仿真，研究了天线的工作特性。结果表明，该天线的工作频带为2.49 ~ 14.53 GHz，在5 ~ 6 GHz范围内具有很好的带阻特性。

同时在整个工作频段内具有良好的全向辐射方向图，具有一定的使用价值。

1天线原理及结构设计天线的结构如图1所示，是在计算天线的初始结构时做出的，相对介电常数为1.1。对于单极微带天线，可以用圆柱近似法计算出低点的谐振频率，即VSWR第一2的频率点。本文通过正方形辐射贴片的等效变换，最终导出了半圆形辐射贴片的低点谐振频率与半径的关系，即一般取L为参数F，写成方程(3)，方程(4)可以得到低点频率fL可以写成如下。

基于面积等效原则，假设W=L，fL的单位为GHz。l、R、R的单位为mm，利用UWB通信系统的低点谐振频率FL=3.1 GHz，可以计算出单极天线的初始半径R=15.8 mm。这个半径用于HFSS建模和仿真，然后通过改变半径可以获得更大的带宽和更高的增益。1.2天线阻带特性的设计

由于贴片电流主要集中在接地板附近的下部，为了获得带阻特性，通过仿真软件的参数分析和优化发现，在距离辐射贴片底边1 mm处加宽了一个矩形缝隙，并增加了一个调谐分支，调谐分支与辐射单元之间的距离为0.5 mm，由一条宽度为1 mm的微带线连接.矩形调谐接头的长度是Ls，宽度是Ws。

其基本原理是在天线结构中引入一个频率被抑制的“LC谐振环”。通过改变微带分支的长度和宽度，相当于改变环路的LC值，从而影响要抑制的中心频率和对应的阻带带宽。本文通过软件仿真验证了这种结构的合理性，即相当于在相应频率处引入了一个带阻滤波器，使得天线在中心频率处的阻抗特性变差。

2天线优化及参数分析利用电磁仿真软件HFSS对天线的性能进行分析，从而确定天线的基本尺寸。为了实现天线结构的小型化和超宽带特性，通过仿真和优化最终确定了天线的基本尺寸：天线整体尺寸WL=5035 mm2，接地板底部宽度wmax=22.67mm，接地板顶部宽度Wmin=3 mm，接地板高度Lg=16 mm，辐射贴片与接地板顶部的距离s=0.8mm.2.1天线工作频带分析

为了抑制WLAN系统的干扰，在辐射金属片上增加了一个矩形调谐分支，使天线具有陷波特性。由于辐射单元的电流主要沿贴片边缘分布，而接地板的电流集中在接地板的上边缘，所以在距离辐射贴片底部1 mm处开一个矩形槽，并增加一个调谐分支。

天线回波损耗随频率变化的仿真结果如图2所示。可以看出，天线回波损耗S11在2.49 ~ 14.53 GHz范围内-10 dB，但在4.9 ~ 5.92 GHz频段内为S11 -10 dB，说明天线具有带阻特性，从而降低了系统间的干扰。

本文对影响天线性能的主要参数进行了分析和研究。在保持其他参数不变的情况下，分别改变调谐分支的长度和宽度，使得回波损耗有不同的变化。图3示出了回波损耗随调谐节点长度变化的曲线。可以看出，当长度逐渐增加时，阻带的中心频率会向低频端移动，而当Ls=1 mm和2 mm时，阻带带宽基本不变，如果进一步增加调谐节点的长度，阻带带宽会显著增加。

从图3还可以看出，调谐节点的长度对整体工作频段高端频率的影响，随着长度的增加，高端频率降低，带宽减小。如图4所示，随着调谐支路宽度的增加，阻带中心频率逐渐降低，阻带带宽明显变宽，对整体工作频带影响不大。这主要是因为宽度的改变不会显著改变辐射贴片的电流方向。

可以看出，所需的阻带带宽范围可以通过优化调谐分支的长度和宽度来实现。

2.2天线辐射模式

由于超宽带通信技术的实际使用，要求天线在一个平面上具有全向的辐射特性，阻抗带宽并不一定就是方向图带宽。所以，文中对天线的辐射方向图进行了仿真分析。图5给出了天线在f1=392 GHz，f2=683 GHz，f3=956 GHz的E面，H面的辐射方向图。由图可以看出，由于调谐支节的加入，在高频端E面的方向图有所畸变，但在在整个工作频带内还是比较稳定的。

而H面方向图在要求的31106 GHz频段内几乎是全向性的，并且几乎没有出现旁瓣，结果表明该天线在超宽带通信的工作频带内具有较稳定的方向图。

3 结束语文中提出了一种新型CPW馈电，具有带阻特性的UWB天线，通过在贴片上开矩形宽缝隙，然后加入矩形调谐支节，成功抑制了与WLAN系统的电磁干扰。天线优化后的工作频带宽度为2491453 GHz，在5 GHz附近形成了49592 GHz的阻带特性，并且在整个工作频带内具有较稳定的全向辐射方向图。

天线具有平面印制结构，低剖面，尺寸小，易于与有源无源电路集成等优点，因此是一种性能较好，具有一定的使用价值的超宽带天线。

以上知识分享希望能够帮助到大家！