小型宽带开口缝隙天线设计

0 引言

    当今，无线通讯行业发展迅猛，并且掌上电脑、笔记本电脑和手机都已经成了人们生活的必需品。同时，通讯系统也需要宽频带来实现多媒体信息无线传输和接收的高速率。因为微带馈电的缝隙天线拥有较宽的阻抗带宽和简单的结构、以及易于加工和价格低廉等优点，该类型天线也正被广泛应用于各种无线传输设备。

    实事上，虽然人们对微带馈电的缝隙天线进行了广泛和深入的研究。但如何同时实现天线的小型化和宽带特性仍是一项艰巨的任务。目前已有研究者提出了两种微带开口缝隙结构(L型和倒T型)，这些结构可以实现宽带特性并减小天线的尺寸。

    本文提出了一种新的开口缝隙天线的设计方法。该天线利用FR4介质板，并采用50Ω阻抗匹配的微带馈电。由于该方案将地板置于介质板的一面，而将微带馈线置于介质板的另一面。因此，通过微带线对开口缝隙进行耦合，即可实现天线的宽频特性。

1 天线尺寸设计

    图 1给出了该天线的具体结构尺寸。该天线被制作在厚度为0.8 mm、介电常数为4.4的FR4介质板上，介质板的尺寸为27 mmx30 mm。设计时可将开口缝隙开在地板上，该缝隙的位置应使得整个地板呈非对称性。微带馈线则位于介质板的另一面。这样，通过50 Ω阻抗匹配的微带馈线与背面的开口缝隙之间的耦合，即可实现整个小天线的宽带特性。

2 天线结构

    该天线的开口缝隙为矩形结构，长度L和宽度W为其主要参数。其中缝隙长度L决定频段较低的谐振模式，而较高频段的谐振模式则由缝隙宽度W激励产生。这样，通过适当选择开口缝隙的尺寸，即缝隙的长度和宽度，就可以将两种模式很好地耦合起来以实现一个较宽的阻抗带宽。同时，也可以调节开口缝隙在地板上的位置，或者调节微带馈线的位置，以使天线具有较好的阻抗匹配特性。

3 性能参数

    图2所示是该天线仿真所得的回波损耗曲线。该天线的工作频段为2.89～6.74 GHz，阻抗带宽约为80.2％，回波损耗小于-10 dB。表1所列是该天线在L2不变时不同大小的地板所对应的工作频段。图3是该天线的增益曲线，可见，整个工作频段内的天线增益变化小于3 dB。同时，该天线的辐射方向对于无线传输设备也是可以接受的。

4 结束语

    本文给出了一个小型化的宽带天线的设计方法。该天线将地板位于介质板的一面，微带馈线位于另一面。可通过微带馈线和开口缝隙间的耦合来实现天线的宽带特性。天线大小为27mm×30mm×0.8 mm，阻抗带宽为80.2％。该天线的小型结构和宽频特性使其很适合应用到移动终端设备中。