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外文文献翻译
题 目 具有可变频率带缺口的新型超宽带平面单极子天线
具有可变频率带缺口的新型超宽带平面单极子天线
摘要：一种改进微带馈电与可变频率的带阻特性的超宽带（UWB）平面单极子天线。通过在微带馈线方式，在地平面的两侧插入两个插槽，从而产生更宽的阻抗带宽。一种改进的、可变尺寸的H形导体支撑面用来调节频率阻带性能和控制其陷波频率和带宽特性。所设计天线是尺寸为2222，尺寸较小，工作频段在3.1GHz和14GHz之间，驻波比小于2，在5.1GHz至5.9GHz具有频带抑制性能。
关键词：频率陷波功能，微带单极子天线，超宽带（UWB）天线。
1、引言
近年来，超宽带（UWB）技术已被广泛应用于各种雷达和通信系统，吸引了许多关注。天线的设计是在这些系统中最有意思、具有挑战性的任务之一。对于超宽带系统，根据联邦通信委员会2002 发布 [ 1 ]，平面单极子天线是很好选择。这类天线有着它独特的优点，如宽阻抗带宽和全向辐射模式，长久以来都被广泛使用。阻抗带宽增强技术，如在角片下采用双切口[ 2 ]，在锥形辐射元件中插入一个槽[ 3 ]，在地平面上采用陷波结构[ 2 ]，[ 3 ]并在单极子的一侧增加一个窄缝[ 4 ]皆已报道。另一方面，UWB系统中3.1 GHz至10.6 GHz的频率范围内将对现有的无线通信系统造成干扰，例如无线局域网（WLAN）IEEE 802.11a的工作频段在5.15GHz~5.35 GHz和5.725GHz~5.825GHz，所以一个阻带性能的超宽带天线是必需的。进来频率陷波功能的实现，都是用U型槽[ 4 ]，U型槽[ 5 ] 和小条[ 6 ]改成平面单极子。
在本文中，提出了一个新型带缺口印刷单极子天线。缺口覆盖5GHz WLAN频段，采用改进的H形导体支撑面而不是改变天线馈线形状设置。同时插入两槽在MI crostrip馈线两侧获得更宽的阻抗宽带，特别是在高频段，提出了构建原型实验和模拟结果。
2、天线设计
图1 平面单极子天线的几何形状（单位：毫米）
图1显示了宽带单极子天线由一个简单的矩形贴片的配置，带有两槽截断接地平面和H形导体支撑平面组成。该天线是构建在厚度1毫米和相对介电常数4.4的FR4基板上。器微带馈线宽度固定为1.86毫米匹配50欧的特性阻抗。在基板的前表面上，一个具有大小的矩形贴片。矩形贴片到地面的距离为2毫米，安装在长度为6毫米印刷基板上。
对于缺陷接地结构（DGS），创建槽在地面提供额外的电流路径。此外，这种结构改变了输入阻抗的电感和电容，这样导致带宽改变。DGS应用于微带线引起的一种谐振，谐振特点是通过改变槽的尺寸和结构来改变谐振频率[7]。因此，在接地平面上插入2个槽，并仔细地调整其参数，可以实现更大的阻抗带宽。如图1所示，这些槽放置在距地面中心线1毫米(大约 )的距离。如图1所示，H形导体支撑平面放置辐射贴片下，关于纵向方向对称。导体支持平面变化的共振响应，也作为一个无源器件半波谐振结构，耦合到矩形单极子[ 8 ]。无源元件在陷波频率、电流更占优势，它们介于无源元件和辐射贴片[ 9 ]之间。其结果是，在陷波频率附近可以产生想要的高衰减。
可变的带阻特性可以通过合理调节的H形导体支撑面参数（, ,和 ）来实现。在这种结构中，宽度是辐射贴片和无源元件的滤波器带宽和耦合值控制的关键参数。另一方面，中心频率的缺口带宽受值的影响不大。缺口带的共振频率是由和确定的。在本设计中，优化的长度设置在带阻共振位置，接近0.5。其中，；对应带陷波频率（5.5 GHz），固定在10毫米（优化的辐射贴片宽度）。
3、结果与讨论
利用Ansoft高频结构仿真器HFSS[ 10 ]仿真得到结果。基于该天线的参数（和）分析，以达到最大的阻抗带宽和良好的阻抗匹配。模拟电压驻波比曲线的不同值绘制在图2。从图2的仿真结果，可以观察到阻抗带宽随长度的增加而增加。模拟电压驻波比与不同槽宽的最佳长度 时宽度的关系如图3。阻抗宽带随槽的宽度的增加而增加。另一方面，在较低频段波动带随和改变影响不大。我们从图2和图3观察到，在11GHz增加了一个新的谐振频率。我们得出这样的结论：参数和是确定上限工作频率，阻抗带宽和阻抗匹配的关键因素。
图2 模拟电压驻波比特性（=2mm） 图3 模拟电压驻特性（=7.5mm）
模拟电压驻波比曲线的不同值绘制在图4，随着导体支撑平面的高度从9毫米增加到14.5毫米，陷波频带的中心频率从8.9GHz变化到5.3GHz。高度是决定陷波频率的另一个参数[ 9 ]。从这些结果中，我们可以得出结论，通过改变两个高度, 和来控制陷波频率。
图4 模拟电压驻波比特性（=5.5mm）
图5说明了不同宽度模拟电压驻波比特性。随着导体支撑平面宽度从9.2毫米增加到14毫米，滤波带宽是变化从0.6GHz到2.2GHz。导体支撑面的最佳参数如下： , , 和 。
图5 模拟电压驻波比特性
图6显示了拟议的单极子天线在没有H形导体支撑平面所测的VSWR性能。相比之下，简单的矩形单极子天线的电压驻波比也如图6所示。如图6所示，简单的单极子天线在8.9 GHz的频带驻波比特性较差。在接地平面插入两个槽后，阻抗带宽范围从3.1GHz到14GHz以上 。也可以看出当增加导体支撑平面后，尖锐的频率带阻特性非常接近预想频率5.5GHz。
图6 所测电压驻波比特性有无H形导体支撑面
所测的辐射模型为 面a和 面绘制如图7（a）到（c）。从总的辐射模型来看，天线非常类似典型的印刷单极子天线。图8反映的是在有无导体支撑面天线所测的最大增益。在陷波频率为5.5GHz时最大增益急剧下降。对于缺口频带以外的其他频率，滤波后天线除增益没有其它类似之处。
图7 天线在（a)4GHz、(b)8GHz和(c)11GHz所测平面和平面辐射模型
图8 所测天线增益
4、总结
提出了一种具有可变带阻特性的新型超宽带平面单极天线。接地面的两个槽用来增加阻抗带宽，带阻特性是通过增加H型导体支撑面来达到的。提出的天线频带在3.1GHz到13.9GHz以上，抑制频带5.1GHz到6GHz。
参考文献
[1] FCC, First Report and Order on Ultra-Wideband Technology, 2002.
[2] J. Jung, W. Choi, and J. Choi, “A small wideband microstrip-fed monopole antenna,” IEEE Microw. Wireless Compon. Lett., vol. 15, no. 10, pp. 703–705, Oct. 2005.
[3] J. R. Verbiest and G. A. E. Vandenbosch, “A novel small-size printed tapered monopole antenna for UWB WBAN,” IEEE Antenna Wireless Propag. Lett., vol. 5, pp. 377–379, 2006.
[4] K. Chung, J. Kim, and J. Choi, “Wideband microstrip-fed monopole antenna having frequency band-notch function,” IEEE Microw. Wire-less Compon. Lett., vol. 15, no. 11, pp. 766–768, Nov. 2005.
[5] Y. J. Cho, K. H. Kim, D. H. Choi, S. S. Lee, and S.-O. Park, “A minia-ture UWB planar monopole antenna with 5-GHz band-rejection filter and the time-domain characteristics,” IEEE Trans. Antennas Propag., vol. 54, no. 5, May 2006.
[6] K. Chung, S. Hong, and J. Choi, “Ultrawide-band printed monopole antenna with band-notch filters,” IET Microw. Antennas Propag., vol. 1, no. 2, pp. 518–522, Apr. 2007.
[7] A. Balalem, A. R. Ali, J. Machac, and A. Omar, “Quasi-elliptic mi-crostrip low-pass filters using an interdigital DGS slot,” IEEE Microw. Wireless Compon. Lett., vol. 17, no. 8, Aug. 2007.
[8] C.-Y. Pan, T.-S. Horng, W.-S. Chen, and C.-H. Huang, “Dual wideband printed monopole antenna for WLAN/WIMAX applications,” IEEE Antenna Wireless Propag. Lett., vol. 6, pp. 149–151, 2007.
[9] K.-H. Kim, Y.-J. Cho, S.-H. Hwang, and S.-O. Prak, “Band-notched UWB planar monopole antenna with two parasitic patches,” Electron. Lett., vol. 41, no. 14, Jul. 2005.
[10] Ansoft High Frequency Structure Simulation (HFSS) ver. 10, Ansoft Corp, 2005.
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