宽带小型化U型贴片天线的设计

陈凯亚,黄宗盛

(西南交通大学 电磁所,成都 610031)

1 引 言

与多数传统天线形式相比,微带贴片天线[1]具备体积小、重量轻、剖面薄、易集成、易共形、易于加工、造价低等优点,广泛应用于移动通信系统(GSM、CDMA)、直接广播系统(DBS)、全球定位系统(GPS)、遥感系统中。另一方面,随着3G时代的来临,通信设备不断向小型化、宽带化发展,对天线体积、集成化及带宽的要求也越来越高。但是,微带天线的带宽相对较窄,因而如何展宽带宽便成了微带天线研究的热点。

1995年,T.Huynh和K.F.Lee首次提出了U形贴片天线的概念[2]。该天线结构简单,通过在普通矩形贴片天线的贴片上开出U形槽即可得到。这种结构的微带天线由于贴片具有U形缝隙,缝隙边缘电流引入了附加谐振,同时,缝隙也引入了容抗,与探针的感抗相抵消,从而展宽了频带。相对于普通的矩形贴片天线而言,该天线在频带宽度上有很大提升,从普通矩形贴片天线的4%～8%提高到了47%,这将使贴片天线得到更广泛的应用。同时,该天线的几何尺寸也很小,高度仅为2.69 cm。

在这之后,U形贴片天线得到了进一步的改进,以满足其在许多方面的应用。文献[3]将U形槽开在三角形的贴片上,得到了约18%的阻抗带宽(工作频率为1677MHz),而没有开U形槽的三角形贴片天线的带宽只有10%。文献[4]提出的双U形槽矩形贴片天线同样可以获得44%的阻抗带宽。文献[5]中提出的U形贴片天线附着在介质板的下面,当VSWR<2时,可获得约33%的带宽。而文献[6]中提出了一种可用于无线局域网(WLAN)的U形槽加载的双频贴片天线,可工作在无线局域网的2.4GHz和5.2GHz两个工作频段。文献[7]中提出的臂长不等的1/4波长U形贴片天线工作于双频,由于臂长不等可以使较低的工作频段获得双模式谐振而展宽带宽,在两个工作频段上均获得10%左右的工作带宽。

U形槽(U-slot)[2]加载己经成为展宽微带天线工作带宽的重要手段之一,而短路墙加载的方法可用来减小贴片天线的尺寸。……