三角形UWB微带天线的设计与仿真实验

可在www.sciencedirect.com上在线ScienceDirect电气系统与信息技术学报3（2016）527微带天线Ragab M. 埃尔萨盖尔Alazhar大学工程学院，埃及接收日期：2015年4月14日;接受日期：2015年2016年4月14日在线发布摘要在本文中，我们提出了一种新的三角形UWB微带天线，提供了一个超宽带（UWB）大于8 GHz。这种优化的天线设计提供了令人满意的增益整个UWB。该研究包括部分截断的接地平面（缺陷接地），插入狭缝的三角形辐射贴片，并使用不同的基板材料，以获得带陷超宽带。利用IE3D Zeland软件进行了仿真实验。最终的天线设计在两个基板上制造;FR 4和Droid 5880（Teflon）。实测结果与仿真结果吻合较好。© 2016 电 子 研 究 所 （ ERI ） 。 Elsevier B. V. 制 作 和 托 管 这 是 CC BY-NC-ND 许 可 证 下 的 开 放 获 取 文 章（http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/）。关键词：超宽带;微带天线;缺陷地1. 介绍在3.1至10.6 GHz的商用频带上的UWB在2002年被联邦通信委员会（FCC）批准（Prasad，2009）。 超宽带通信系统是一种具有广阔应用前景的技术，它能够以较低的成本实现高速率的室内和室外无线通信系统。UWB技术被应用于雷达和遥感应用（Zhu等人， 2011年）。 UWB天线需要在UWB频率范围内实现高阻抗匹配（最小反射）、稳定的辐射方向图和线性相位。还有一些其它现有的窄带系统，例如5.15- 5.825GHz的WLAN（IEEE802.11a和HIPERLAN/2）系统为了避免UWB系统和WLAN/WiMAX系统之间可能的干扰，期望设计具有3.4 在过去几年中，已经提出了基于各种技术的带陷波UWB平面天线（Wang等人，2008; Gayathri等人，2008年; Chen等人，2010; Ojaroudi等人，2009a，b，2011年）。如今，用微带线或共面波导（CPW）馈电的平面印刷天线由于其高辐射效率、紧凑的尺寸并且可以容易地与其他电路集成而受到广泛关注（Gayathri等人，2008年; Dong电子邮件地址：relbakar@gmail.com电子研究所（ERI）负责同行评审http://dx.doi.org/10.1016/j.jesit.2015.05.0032314-7172/© 2016电子研究所（ERI）。Elsevier B. V.制作和托管这是CC BY-NC-ND许可证下的开放获取文章（http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/）。528R.M. Elsagheer/电气系统和信息技术杂志3（2016）527Fig. 1.带和不带缝隙和缝隙的三角形UWBA的回波损耗。例如，2009年;Barbarino和Consoli，2012年）。微带UWB天线被开发成不同的辐射贴片，如叉形、椭圆形、方形、铲形、圆形，或者通过对辐射贴片进行一些修改（Nikolaou等人，2009年; Dong等人，2009;Barbarino和Consoli，2012; Abdelraheem等人， 2013年）。在这项工作中，超宽带天线的研究采用三角形贴片。为了实现我们的目标，我们尝试了三种超宽带技术的方法，它们是三角形贴片共面馈电，三角形超宽带微带天线与狭缝和三角形贴片与缺陷接地。2. 共面馈电三角形贴片该天线由一个三角形贴片作为主辐射体，印刷在介电常数εr= 4.4，高度h= 1.6 mm的FR4基片上，并由50▲共面馈线馈电 模拟结果显示（图。 1）天线提供从2.8到10 GHz的7.2 GHz的UWB，其平均方向性和增益分别为5和3 dBi。3. 一种带缝隙的三角形微带天线如图 2、天线印刷在FR4基板上，采用50 ▲共面馈线馈电。模拟结果（图） 1）示出了在三角形谐振器中嵌入槽和狭缝增加了频率上限，导致8.3GHz的总带宽。与具有增强的天线增益和方向性的原始提出的天线相比，整体带宽增加了几乎1.1GHz，并且回波损耗（S1，1图图3和图4示出了在不同谐振值下的电流分布和辐射图案，而图4示出了在不同谐振值下的电流分布和辐射图案。 5显示了当基底为Duriod 5880（ε r= 2.2，h =1.5748）时模拟结果与测量结果之间的比较。4. 缺陷接地缺陷接地的部署产生额外的谐振，这反过来又增加了总带宽。频率下限和频率上限向较高的频率范围移动带宽分为四个频带，其中两个被拒绝的频带如下：第一带Fl= 3.7，Fh= 4.662，B.W.= 962 MHz，平均方向性为3.5 dBi，第二频带Fl= 6.098，Fh= 7.205，B.W. = 1.107 GHz，平均方向性6.5 dBi，第三频带F1= 8.05328，Fh= 8.76639，B.W.= 713 MHz，平均方向性7dBi，第四频带F1= 11.3115，Fh= 11.9877，B.W.= 676 MHz，平均方向性8.2 dBi，WiMAX和WLAN区域有两个抑制增益在所有频带上几乎是均匀的。图图6和图7示出了不同频率下的电流分布和辐射图案。R.M. Elsagheer/电气系统和信息技术杂志3（2016）527529图二.三角形UWBA。图三.谐振频率下带缝隙和缝隙的超宽带天线的电流分布。见图4。超宽带天线（具有缝隙和狭缝）在谐振频率下的辐射方向图。530R.M. Elsagheer/电气系统和信息技术杂志3（2016）527图五.带有槽和狭缝Duriod 5880的UWBA的测量和模拟结果（εr= 2.2，h= 1.5748），（槽线=测量值，虚线线=模拟）见图6。具有缺陷接地（a）和回波损耗（b）的三角形UWB天线。见图7。具有缺陷接地的三角形超宽带天线的电流分布。R.M. Elsagheer/电气系统和信息技术杂志3（2016）527531见图8。具有缺陷接地的超宽带天线辐射方向图。5. 结论设计了一种结构紧凑的共面三角形微带天线，可提供8.3GHz的超宽带信号。共面馈电三角形贴片，共面馈电三角形贴片与槽缝和三角形贴片与缺陷地进行了研究。同样，具有缺陷接地的相同天线在WiMAX和WLAN频带处提供陷波该天线在所有通带上提供恒定的高平均增益 辐射图如图所示。8.第八条。 随着基板的介电常数减小，UWB曲线向更高的频率值偏移。引用Abdelraheem，A.M.，马哈茂德，A.，Sharaf，A. M.，2013年。 UWB陷波天线，用于附近的WiMAX系统抗干扰性。在：第30届全国无线电科学会议（NRSC 2013），国家电信研究所，埃及，4月16日至18日，pp。123-131。Barbarino，S.，Consoli，F.，2012年。 针对5GHz无线局域网（WLAN）频段，设计了一种带倒L型陷波器的超宽带圆形缝隙天线。Prog.电磁铁。Res.104，1-13.陈玉，杨，S.，Nie，Z.，2010. 低剖面E形微带贴片天线的带宽增强方法。IEEETrans. 天线传播58（7月）。Dong，Y.J.，Hong，W.，Kuai，Z.Q.，Chen，J.X.，2009年 具有地面开槽带陷结构的平面超宽带天线分析。 IEEETrans. 天线传播57（7），1886-1893。Gayathri河，Jisney，T.U.，克里希纳，D. D.，Gopikrishna，M.，Aanandan，C.K.，2008. 用于紧凑型UWB系统的带陷波倒锥微带天线。电子通讯44，1170-1171.Nikolaou，S.，金斯利，北达科他州，Ponchak，GE，Papapolymerou，J.，Tentzeris，M.M.，2009. 超宽带椭圆单极子与可重构的带陷波使用MEMS开关驱动无偏置线。IEEETrans. 天线传播57（8），2242-2251。Ojaroudi，M.，Ghanbari，G.，Ojaroudi，N.，Ghobadi，Ch.，2009年a。具有可变频率带陷功能的超宽带小型方形微带天线。IEEEIEEE802.11无线协议Lett. 8，1061-1064.Ojaroudi，M.，Kohneshahri，G.，Noory，Ja. 2009年b。超宽带应用的小型改进型微带天线。IETMicrowaveEscherichiaPropag. 3（August（5）），863-869.Ojaroudi，M.，Yazdanifard，S.，Ojaroudi，N.，Naser-Moghaddasi，M.，2011. 采用垂直T形槽和背导体平面提高带宽的小型方形微带天线. IEEETrans. 天线传播59（二月（2））.普拉萨德河2009年无线通信的超宽带介绍。 Springer Science.Wang，F.J.，杨XXZhang，J.S.，高，G. P.，Xiao，J.X.，2008年 一种带陷环单极天线。 Microwave Opt. 技术Lett. 50（七月（7）），1882-1884。Zhu，F.，Gao，S.C.，嘿，A.T.S.，布朗，T.W.C.，李杰，Xu，J.D.，2011年。 低剖面定向超宽频天线应用于全方位透视成像。Prog.电磁铁。Res.121，121-139.