双陷波特性的单极子超宽带天线
谭 瑞 龚书喜 査锋涛
(西安电子科技大学天线与微波国家重点实验室，西安，陕西710071)
摘 要：本文提出了一种具有双陷波特性的小型超宽带微带天线。该天线以一般的圆形微带单极子天线为原型，通过在圆形单极子天线中嵌入互耦环缝谐振器（CSRR ）来实现超宽带中的双陷波特性，从而可以避免超宽频段与其他频段之间的干扰。仿真和实验结果显示该天线具有很好的超宽带特性和辐射特性。工作频段为3.05—16GHz ，阻带为3.40-3.88GHz 和 5.40—5.91GHz 。 关键词：双陷波特性；超宽带；互耦环缝谐振器
Compact Ultra-Wideband Monopole Antenna with
Dual Band-Notched Function
Tan Rui Gong Shuxi Zha Fengtao
（National Key Laboratory of Antennas and Microwave Technology Xidian University, Xi’an, Shanxi 710071） Abstract ：A compact ultra-wideband (UWB) monopole antenna with dual band-notched characteristics is presented. The antenna is based on circular patch monopole antenna. Dual band notched function in ultra-wideband is achieved by etching a CSRR structure in the circular patch to avoid interference with other existent frequency band. Both the simulated and measured results show that the proposed antenna exhibits favorable ultra-wideband characteristic and nicer radiation pattern. The proposed antenna operates at 3.05-16GHz with dual notched band at 3.40-3.88GHz and 5.40-5.91GHz respectively.
Keywords: dual band-notched; UWB; CSRR
的天线都只能获得单陷波特性。
1 引言
目前，作为一种新的可以实现阻带特性的结构，超宽带天线技术现在已经广泛的应用于商业和军事领域。随着通信技术的发展，单极子超宽带天线以其成本低，尺寸小，结构简单的特性受到越来越多的关注。IEEE802.15.3a 标准将3.1~10.6GHz的频段分配给超宽带通信业务使用。然而在这个带宽达到7.5GHz 的频率范围内包含了当前无限局域网（WLAN ）5.2GHz （5150~5350MHz）和5.8GHz （5725~5825MHz）的工作频段。为了避免两系统间的干扰，因此设计具有适当频段陷波特性的超宽带天线成为实际需要。目前已存在一些具有陷波特性的天线，例如在单极子天线上开U 型槽，或者引入半波谐振结构以获得陷波特性
[4~6]
[1~3]
互耦环缝谐振器（CSRR ）已经被提出。本文中，介绍了在圆盘单极子天线上嵌入CSRR 的单极子超宽带天线，并通过改变CSRR 的结构尺寸，很容易获得双陷波特性
[9]
[7,8]
。
2 天线结构设计
原始单极子圆盘参考天线的结构如下图1，该天线辐射单元印制于厚度为1mm 介电常数为2.65的介质层上，天线最大尺寸为30mm ×23mm ，地板大小为23mm ×9mm, 圆盘形辐射贴片半径为10mm ，该天线采用特性阻抗为50 的微带线侧面馈电，馈电线
，然而，这些结构
长度9mm ，宽为2.8mm 。辐射单元与矩形地板间的距离为0.1mm 。
图2显示了用于产生双陷波特性的CSRR 的结构。CSRR 是由两个相互嵌套的开口同心圆环构成，其结构尺寸如下：外圆环的外半径r-out=4.9mm,外环宽度w-csrr1=0.4mm,内外环间距t=1mm,内环宽度w-csrr2=0.6mm,环开口宽度为0.2mm, 该CSRR 结构被蚀刻在圆盘上得到本文设计的双陷波特性的微带超宽带天线结构，在设计的基础上加工了实物如图3。
r
=2.65
图1 参考天线结构
图 2 CSRR 结构图
·2·
3 使用合良好，为和入CSRR 图650Ohm R
W S V Freq
图4 仿真和实际测量的天线驻波特性
R
W S V
图5
,
Z g a M
为CSRR 7所示，t 由0.2mm t 的
R
W S V Freq
图7 驻波随r-out 的变化趋势
R
W S V Freq
图8 驻波随环间距t 的变化趋势
超宽带天线工作带宽不仅取决于天线的驻波带宽，还与天线辐射方向图的带宽有关。图9给出了天线在4.5，6.5GHz 两个频点的辐射方向图。从图中看到，天线在两个频率的方向图基本一致，而且H 面具有近似全向的辐射辐射特性。
90
0120
60
-10-20150
30
-30-40
180
-30-20210330
-100
240
300
270
a f=4.5GHz
0-10-20
-30-40-30-20-100
b f=6.5GHz
图9 实测天线的辐射方向图
·3·
4 结论
本文提出了一种嵌入CSRR 的具有双陷波特性的平面超宽带天线。在工作带宽不变的前提下，在3.40~3.88GHz和5.40~5.91GHz具有陷波特性。另外，该天线还具有尺寸小和结构简单的特点，非常适合超宽带通信系统。
·4·
参 考 文 献
[1] 程勇，吕文俊，程崇虎. 多用途陷波小型超宽带天线. 通信学报 V ol.27 No.4,April 2006
[2] 吕文俊，程崇虎，朱洪波. 小型平面超宽带天线的研究进展. 中国电子科学研究院学报，V ol.2 No.6,
Dec. 2005
[3] 程勇，吕文俊，程崇虎. 一种小型平面超宽带天线的设计与研究. 电波科学学报，V ol.21,No.4,August
2006
[4] Qin J M，Du Z W，Lu J H：‘A band-notched UWB antenna’. Microwave and Opitical Technology Letters，
2005，45（2）：153-154
[5] Hyungkuk Yoon, Hyungrak kim and Kihun Chang:‘A Study on the UWB Antenna with Band-rejection
Characteristic ’，IEEE 2004
[6] Su S W，Wong K L，Tang C L：‘Band-notched wltra-wideband planar-monopole antenna’，Miicrowave and
Optical Technology Letters，2005，44（3）：217-219 [7] 艾娟. 基于互耦环逢谐振（CSRR ）滤波器的研究
[8] 杨国敏，金荣洪，耿军平. 基于开环谐振结构的超宽带天线设计
[9] J ．Liu ，S.Gong and X.Zhang：‘Compact printed ultra-wideband monopole antenna with dual band-notched
characteristics ’，Electronics Letters，5th June 2008，V ol.44 No.12
作者简介：
谭瑞，女，硕士生，主要研究方向超宽带天线及其RCS 减缩等。
龚书喜，男，教授、博士生导师，主要研究领域为分形天线、隐身技术及雷达截面RCS 计算等。
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双陷波特性的单极子超宽带天线
谭 瑞 龚书喜 査锋涛
(西安电子科技大学天线与微波国家重点实验室，西安，陕西710071)
摘 要：本文提出了一种具有双陷波特性的小型超宽带微带天线。该天线以一般的圆形微带单极子天线为原型，通过在圆形单极子天线中嵌入互耦环缝谐振器（CSRR ）来实现超宽带中的双陷波特性，从而可以避免超宽频段与其他频段之间的干扰。仿真和实验结果显示该天线具有很好的超宽带特性和辐射特性。工作频段为3.05—16GHz ，阻带为3.40-3.88GHz 和 5.40—5.91GHz 。 关键词：双陷波特性；超宽带；互耦环缝谐振器
Compact Ultra-Wideband Monopole Antenna with
Dual Band-Notched Function
Tan Rui Gong Shuxi Zha Fengtao
（National Key Laboratory of Antennas and Microwave Technology Xidian University, Xi’an, Shanxi 710071） Abstract ：A compact ultra-wideband (UWB) monopole antenna with dual band-notched characteristics is presented. The antenna is based on circular patch monopole antenna. Dual band notched function in ultra-wideband is achieved by etching a CSRR structure in the circular patch to avoid interference with other existent frequency band. Both the simulated and measured results show that the proposed antenna exhibits favorable ultra-wideband characteristic and nicer radiation pattern. The proposed antenna operates at 3.05-16GHz with dual notched band at 3.40-3.88GHz and 5.40-5.91GHz respectively.
Keywords: dual band-notched; UWB; CSRR
的天线都只能获得单陷波特性。
1 引言
目前，作为一种新的可以实现阻带特性的结构，超宽带天线技术现在已经广泛的应用于商业和军事领域。随着通信技术的发展，单极子超宽带天线以其成本低，尺寸小，结构简单的特性受到越来越多的关注。IEEE802.15.3a 标准将3.1~10.6GHz的频段分配给超宽带通信业务使用。然而在这个带宽达到7.5GHz 的频率范围内包含了当前无限局域网（WLAN ）5.2GHz （5150~5350MHz）和5.8GHz （5725~5825MHz）的工作频段。为了避免两系统间的干扰，因此设计具有适当频段陷波特性的超宽带天线成为实际需要。目前已存在一些具有陷波特性的天线，例如在单极子天线上开U 型槽，或者引入半波谐振结构以获得陷波特性
[4~6]
[1~3]
互耦环缝谐振器（CSRR ）已经被提出。本文中，介绍了在圆盘单极子天线上嵌入CSRR 的单极子超宽带天线，并通过改变CSRR 的结构尺寸，很容易获得双陷波特性
[9]
[7,8]
。
2 天线结构设计
原始单极子圆盘参考天线的结构如下图1，该天线辐射单元印制于厚度为1mm 介电常数为2.65的介质层上，天线最大尺寸为30mm ×23mm ，地板大小为23mm ×9mm, 圆盘形辐射贴片半径为10mm ，该天线采用特性阻抗为50 的微带线侧面馈电，馈电线
，然而，这些结构
长度9mm ，宽为2.8mm 。辐射单元与矩形地板间的距离为0.1mm 。
图2显示了用于产生双陷波特性的CSRR 的结构。CSRR 是由两个相互嵌套的开口同心圆环构成，其结构尺寸如下：外圆环的外半径r-out=4.9mm,外环宽度w-csrr1=0.4mm,内外环间距t=1mm,内环宽度w-csrr2=0.6mm,环开口宽度为0.2mm, 该CSRR 结构被蚀刻在圆盘上得到本文设计的双陷波特性的微带超宽带天线结构，在设计的基础上加工了实物如图3。
r
=2.65
图1 参考天线结构
图 2 CSRR 结构图
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3 使用合良好，为和入CSRR 图650Ohm R
W S V Freq
图4 仿真和实际测量的天线驻波特性
R
W S V
图5
,
Z g a M
为CSRR 7所示，t 由0.2mm t 的
R
W S V Freq
图7 驻波随r-out 的变化趋势
R
W S V Freq
图8 驻波随环间距t 的变化趋势
超宽带天线工作带宽不仅取决于天线的驻波带宽，还与天线辐射方向图的带宽有关。图9给出了天线在4.5，6.5GHz 两个频点的辐射方向图。从图中看到，天线在两个频率的方向图基本一致，而且H 面具有近似全向的辐射辐射特性。
90
0120
60
-10-20150
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-30-40
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-30-20210330
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a f=4.5GHz
0-10-20
-30-40-30-20-100
b f=6.5GHz
图9 实测天线的辐射方向图
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4 结论
本文提出了一种嵌入CSRR 的具有双陷波特性的平面超宽带天线。在工作带宽不变的前提下，在3.40~3.88GHz和5.40~5.91GHz具有陷波特性。另外，该天线还具有尺寸小和结构简单的特点，非常适合超宽带通信系统。
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参 考 文 献
[1] 程勇，吕文俊，程崇虎. 多用途陷波小型超宽带天线. 通信学报 V ol.27 No.4,April 2006
[2] 吕文俊，程崇虎，朱洪波. 小型平面超宽带天线的研究进展. 中国电子科学研究院学报，V ol.2 No.6,
Dec. 2005
[3] 程勇，吕文俊，程崇虎. 一种小型平面超宽带天线的设计与研究. 电波科学学报，V ol.21,No.4,August
2006
[4] Qin J M，Du Z W，Lu J H：‘A band-notched UWB antenna’. Microwave and Opitical Technology Letters，
2005，45（2）：153-154
[5] Hyungkuk Yoon, Hyungrak kim and Kihun Chang:‘A Study on the UWB Antenna with Band-rejection
Characteristic ’，IEEE 2004
[6] Su S W，Wong K L，Tang C L：‘Band-notched wltra-wideband planar-monopole antenna’，Miicrowave and
Optical Technology Letters，2005，44（3）：217-219 [7] 艾娟. 基于互耦环逢谐振（CSRR ）滤波器的研究
[8] 杨国敏，金荣洪，耿军平. 基于开环谐振结构的超宽带天线设计
[9] J ．Liu ，S.Gong and X.Zhang：‘Compact printed ultra-wideband monopole antenna with dual band-notched
characteristics ’，Electronics Letters，5th June 2008，V ol.44 No.12
作者简介：
谭瑞，女，硕士生，主要研究方向超宽带天线及其RCS 减缩等。
龚书喜，男，教授、博士生导师，主要研究领域为分形天线、隐身技术及雷达截面RCS 计算等。
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