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1、微波技术与天线课程设计 题 目：Novel Modified UWB Planar Monopole Antennab With Variable Frequency Band-Notch Function专 业： 2008级通信二班 作 者1： 2班，3040，胡 丹 作 者2： 2班，2，刘瑶瑶 作 者3： 2班，2，孙文静 作 者4： 2班，2，唐晓丽 指导教师： 宗卫华 自动化工程学院2011年 6 月 13 日1、 天线结构及性能图1中显示了被推荐的宽频带的单极天线的构造，它由一个简单的天线矩形贴片、带有两个插槽的有缺口地平面和H-shaped导体面组成。被推荐的天线是建造在厚度为1

2、.0毫米、相对介电常数为4.4的FR4基板上。微带线的宽度馈线是固定的1.86mm以获得50欧的特性阻抗。在基片的正面，印刷着一个大小是10*13.5mm矩形贴片，此矩形贴片到底面6mm长度的有槽基地的距离是 2mm。关于地面结构(DGS)，地平面槽的设置提供额外的电流路径。另外这种结构改变了输入阻抗的电感及电容，从而改变带宽。通过改变插槽的形状和尺寸，应用于微带线的DGS引起了谐振频率可控的结构传输的共振特性 。因此，通过在地面层插入两个插槽，然后慢慢改变它的参数（WS、LS）,可以获得更高的阻抗带宽。如图一所示，这两个插槽放置在距地面中心线1mm处（大约0.5Wf）.如图1,H形导体面被放

3、置在辐射补丁的下面，相对于纵向方向也是对称的。The conductor-backed面会扰乱共振响应还可以作为一个寄生的半波共振结构电耦合到矩形单极子。At the notch frequency,电流受寄生元素的支配，在寄生元素和辐射贴片之间他们相反的方向。由此，在the notch frequency附近可以产生理想的高衰变。通过慢慢改变WH、LH、DH参数可以获得可变的band-notch特性。在此设计中WH的宽度是控制过滤带宽的主要参数，也是寄生元素和辐射贴片耦合参数。另一方面，the notched band的中心频率对WH的改变不敏感。the notched band的共振频率取

4、决于LH和DH。在此设计中，L的最优化长度设定在大约0.5参考文献中给出的天线结构图如图1，其回波损耗如图2，可见天线的-6dB带宽为3.1-4.8GHz以及6.2-11.4GHz，覆盖UWB的两个频带。天线的方向图如图3，在水平面具有全向性，符合UWB通信终端天线的方向性要求。图1 天线结构图图2 天线的回波损耗图图3 天线的方向图2、 采用HFSS建立天线模型采用HFSS建立天线的模型如表1及表2，变量如表3。表1 天线三维体模型名称形状顶点(mm)尺寸(mm)材料Box1长方体（0,0,0）dx=22dy=22dz=1FR4_exopy（4.4）airbox长方体（-$lbd/3, -$

5、lbd/3, -$lbd/3）dx=$lbd/3*2+22dy=$lbd/3*2+22dz=$lbd/3*2+1真空（vacuum）表2 天线二维面模型名称所在面形状顶点(mm)尺寸(mm)边界/源patchxy矩形1(6,8,1)dx=10 , dy=13.5PEC矩形2(10.07,0,1)dx=1.86,dy=8groundxy矩形3(9.2-$wh/2,6+$dh,0)dx=1.8,dy=15.5-$dhPEC矩形4(11+$wh/2,6+$dh,0)dx=1.8,dy=15.5-$dh矩形5(11-$wh/2,6+$lh,0)dx=$wh,dy=1矩形6(0,0,0)dx=22,dy

6、=6矩形7(10-$ls,3-$ws/2,0)dx=$ls,dy=$ws矩形8(12-$ls,3-$ws/2,0)dx=$ls,dy=$wsfeedxz矩形3(10,0,0)dx=1.93,dz=1Lumped port表3 变量表变量名变量初始值（mm）变量值（mm）$lbd 37.537.5$w11.611.6(9.2,14.0)$d5.55.5$l14.314.3(9.0,11.0,13.0,14.5)$ws22.0(0.5,1.0)$ls7.57.5(3.5,6.0)3、 计算结果验证HFSS计算的回波损耗如图4，方向图如图5。计算结果与文献值基本吻合，验证了仿真的正确性。图2 图3

7、图4 图5 图6图8 天线的回波损耗图(1)4GHZ X-Z plane Y-Z plane(2)8GHZ X-Z plane Y-Z plane(3)11GHZ X-Z plane Y-Z plane图7天线的方向图4、 天线性能讨论利用HFSS得到模拟结果,并在此基础上进行天线的参数分析,得到优化达到最大的阻抗带宽和良好的阻抗匹配。LS取不同值时模拟VSWR曲线仿真结果绘出如图2。从图2仿真结果观察到阻抗带宽随LS长度增加而增加。 图2LS（0.75mm）取最优长度，WS长度变化的模拟的VSWR曲线如图3所示。随槽宽度WS的增加,阻抗带宽增加。 图3另一方面,带宽的低频部分对WS和LS的变

8、化不敏感。我们观察图2和3可知在11GHZ时新增加了一个共振频率 。由此我们可以得出结论：参数LS和WS是决定更高操作频率、阻抗带宽、阻抗匹配的关键因素。LH取不同值时，模拟的VSWR曲线如图4所示。随着高度LH从9.0到14.5毫米增加,凹槽带宽中心频率从8.9GHZ变化到5.3GHZ。高度DH时另一个决定band-notch 频率的参数，由结果可知，通过改变两个高度参数LH和DH得到可控的notch frequency（槽频率） 图4 图5说明了WH变化时模拟的VSWR特性，随WH从9.2到14mm的增加,the filter bandwidth（过滤带宽）从0.6GHZ变化到2.2GHZ

9、。conductorbacked plane的最优参数如下:WH=11.6mm LH=14.3mm DH=5.5mm L=27.6mm. 图5 如图6(a)图6(b)显示的是有、无H型底平面的单极天线VSWR测试性能。为了便于比较，简单长方形单极天线的VSWR曲线也在图6中。如图6所示，在超过8.9兆赫频段，简单的单极天线的VSWR特性很差。在底面插入两个槽后，阻抗带宽变化范围从3.1GHZ到超过14GHZ（VSWR<2）。还可以观察到，当改进的conductor-backed平面被加到天线上后，The sharp frequency band-notch特性非常接近5.5GHZ的理想频

10、率。 图6（a）图6（b）在x-z和y-z平面的被测量的辐射模式分别如图7的a到c，从一个整体的认识观察这些辐射模式图可知，这个天线工作特性十分类似于典型的单极天线 。(a)4GHZ X-Z plane Y-Z plane(b)8GHZ X-Z plane Y-Z plane(c)11GHZ X-Z plane Y-Z plane 图7 如图8所示为有、无conductor-backed平面时所推荐天线的最大增益。一个急剧减少最大增益在取得5.5GHZ频段时出现。对于其他超过the notched frequency band的频率，有过滤器的天线增益类似于那些没有过滤器的。图8 天线的回波损耗图结论： 本文介绍了一种具有可变带阻特性的改进型超宽频（UWB）平面单极天线。底面的两个插槽用来增加阻抗带宽。通过增加H型conductor-backed面来获得带阻特性。改进型超宽频（UWB）平面单极天线拥有3.1到超