系统工程与电子技术 ›› 2021, Vol. 43 ›› Issue (11): 3078-3085.doi: 10.12305/j.issn.1001-506X.2021.11.06

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基于特征模理论的超宽带单极子天线设计

王岩1, 李奕欣1,2, 王昊1, 丁振东1, 陶诗飞1,*   

  1. 1. 南京理工大学电子工程与光电技术学院, 江苏 南京 210094
    2. 中天通信技术有限公司, 江苏 南通 226000
  • 收稿日期:2020-10-06 出版日期:2021-11-01 发布日期:2021-11-12
  • 通讯作者: 陶诗飞
  • 作者简介:王岩(1983—), 男, 讲师, 博士, 主要研究方向为宽带天线单元、超材料天线、天线阵列和新型传输结构|李奕欣(1998—), 男, 工程师, 主要研究方向为计算电磁学及天线技术|王昊(1980—), 男, 副研究员, 博士, 主要研究方向为LTCC天线集成自系统、数字波束形成天线系统、多功能雷达天线系统、新型通信天线系统|丁振东(1992—), 男, 博士研究生, 主要研究方向为电磁场理论、二维光子晶体、阵列天线及超宽带天线|陶诗飞(1987—), 男, 副教授, 博士, 主要研究方向为雷达目标特性分析、雷达成像及信号处理、计算电磁学
  • 基金资助:
    国家自然科学基金(61701240)

Design of UWB monopole antenna based on characteristic mode theory

Yan WANG1, Yixin LI1,2, Hao WANG1, Zhendong DING1, Shifei TAO1,*   

  1. 1. School of Electronic and Optical Engineering, Nanjing University of Science and Technology, Nanjing 210094, China
    2. Zhongtian Communication Technology Co., Ltd, Nantong 226000, China
  • Received:2020-10-06 Online:2021-11-01 Published:2021-11-12
  • Contact: Shifei TAO

摘要:

对于传统的天线而言,其带宽相对较窄。针对此问题,提出了一种新型超宽带(ultra-wideband, UWB)对称单极子微带天线。根据特征模理论, 首先对一款窄带单极子印刷天线进行特征模式分析, 结合天线理论, 在窄带天线结构上引入渐变结构和矩形槽, 使特征模式在目标频段内谐振, 并通过馈电激励方式激发出该特征模式, 从而使天线带宽得到拓展的同时具有良好的增益。仿真结果表明, 基于特征模理论设计的天线具有140.86%的相对带宽, 在2.88~16.6 GHz的工作频段内阻抗匹配良好, 并且具有良好的辐射性和稳定的增益, 其工作频率覆盖UWB频段、无线局域网、射频识别、全球微波互联接入及Ku频段。

关键词: 超宽带, 单极子, 特征模, 增益, 渐变结构

Abstract:

In this paper, a novel ultra-wideband (UWB) symmetrical monopole microstrip antenna is proposed. According to the characteristic module theory, firstly, the characteristic mode of a narrow-band monopole printed antenna is analyzed. Combined with the antenna theory, the tapered structure and rectangular slot are introduced into the structure of the narrow-band antenna to make the characteristic mode resonate in the target frequency band, and the characteristic mode is excited by the feed excitation, so that the antenna bandwidth is expanded and the antenna has good gain. The simulation results show that the antenna designed based on the the characteristic module theory has 140.86% relative bandwidth, good impedance matching in 2.88~16.6 GHz frequency band, good radiation pattern and stable gain. Its operating frequency covers the frequency band of UWB, wireless local area network, radio frequency identification and worldwide interoperability for microwave access and Ku bands.

Key words: ultra-wideband (UWB), monopole, characteristic module, gain, tapered structure

中图分类号: