一种具有双频带阻特性及基于超材料的增益增强功能的新型紧凑型非对称CPW馈电UWB天线

《AEU - International Journal of Electronics and Communications》：A novel compact asymmetric CPW-Fed UWB antenna incorporating dual band-notch characteristics and metamaterial-based gain enhancement

　　

马诺吉·巴斯卡尔|切坦·巴德|普拉卡什·兰詹|塔伦·普拉卡什|希曼舒·库马尔·谢卡尔|科马尔·罗伊

摘要

本文介绍了一种紧凑型共面波导馈电的超宽带印刷半圆形天线的设计、分析及实验验证。然而，在传统平面天线中，同时实现紧凑尺寸、低频超宽带工作、双频带阻特性以及高增益仍是一项重大挑战。该天线的尺寸极为紧凑，为$31\times 32\times 1.6{\text{毫米}}^3$，并且在1.15–20 GHz的宽频率范围内可实现阻抗匹配。通过采用弯曲的非对称共面波导接地平面，实现了稳定的单向（近端射向）辐射。利用谐振元件，包括单个椭圆形互补分环谐振器和U形槽，实现了双频带阻特性，有效抑制了WiMAX（3.3–3.8 GHz）和WLAN（5.15–5.85 GHz）频段的干扰。此外，在渐缩段前方放置了各向异性零指数超材料单元，以在几乎不增加尺寸的情况下增强正向辐射。因此，该天线的实际峰值增益可达9.8 dBi，相比参考设计提升了多达4.6 dBi。仿真结果与实测结果在阻抗带宽、辐射性能以及实际峰值增益方面均高度一致，验证了所提出方法的有效性。此外，该天线在整个工作频段内都具有稳定的频域特性和一致的辐射效率。由于其尺寸相对于工作波长极为紧凑，增益较高，性能稳定，且能有效抑制干扰，因此非常适合用于便携式室内和室外超宽带应用。