超寬帶(UWB)技術(shù)作為一種無線通信技術(shù),，在短距離室內(nèi)高速無線通信方面也受到人們越來越多的關(guān)注。根據(jù)FCC規(guī)定,，將3.1～10.6 GHz之間的7.5 GHz頻段分配給超寬帶通信業(yè)務(wù)使用,。在超寬帶系統(tǒng)中，超寬帶天線是關(guān)鍵部件,，因此,，相當(dāng)多的研究者致力于超寬帶天線的發(fā)展，以實(shí)現(xiàn)高的數(shù)據(jù)傳輸速率,、低功耗,、簡單的硬件結(jié)構(gòu)，如射頻識別,、傳感器網(wǎng)絡(luò),、雷達(dá)、定位跟蹤等。

　　近來許多研究集中在分形天線,，分形天線的優(yōu)點(diǎn)如尺寸小,、重量輕、厚度薄正好滿足手持設(shè)備的要求,，采用分形概念是天線原理與設(shè)計(jì)很有前景的研究方向之一,，許多研究者對分形天線做出了積極的研究，如帶有分形雙枝樹縫隙的雙波段開槽共面波導(dǎo)饋電天線,，采用分形概念的樹形超寬帶天線和超寬帶杠鈴形天線,，Sierpinski分形天線和snowflake分形天線等。這些天線通過采用不同結(jié)構(gòu)的分形特性,，能得到更好的阻抗匹配帶寬和輻射方向圖,。

　　本文在超寬帶杠鈴形天線基礎(chǔ)上，提出了一種改進(jìn)措施,，從而獲得更好的阻抗帶寬,，天線采用部分接地技術(shù)和分形概念。

　　1 天線結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

　　杠鈴形及改進(jìn)的杠鈴形超寬帶天線結(jié)構(gòu)如圖1和圖2所示,，圖中給出了天線的頂視和側(cè)視圖,，輻射單元長度為Wo，寬度為Lo,，饋線寬度Wf,，長度為Lf，輻射單元蝕刻在FR4基板上(厚度h=1.5mm,，εr=4.4),，基板尺寸為Lsub×Wsub,，天線背面有部分接地面,，尺寸為Lg×Wsub。改進(jìn)的杠鈴形超寬帶天線是在圖1結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上蝕刻出臺階形缺口,，對應(yīng)缺口的尺寸為W1,，W2，…,，W5和L1,，L2，…,，L5,，天線輻射單元位于x-y平面，輻射單元厚度方向?qū)?yīng)x-z平面,。

2 天線仿真

　　按照圖1和圖2尺寸采用HFSS 10.0進(jìn)行了仿真,，回波損耗仿真結(jié)果如圖3所示。可以看出圖2的回波損耗低于圖1,，圖2天線回波損耗小于-10 dB帶寬為72.6%(3.48～7.45 GHz);按照圖2結(jié)構(gòu)加工出改進(jìn)的杠鈴形超寬帶天線,，饋電采用50 Ω同軸側(cè)饋，回波損耗實(shí)測結(jié)果如圖3所示,，回波損耗小于-10 dB,，帶寬為74.7%(3.45～7.56 GHz)。

　　圖4和圖5分別為圖1,，圖2結(jié)構(gòu)時天線在x-z,，y-z平面方向圖(對應(yīng)頻率4 GHz，5 GHz和6 GHz),，可以看出兩種結(jié)構(gòu)的天線Eθ基本重合,，而Eφ的大小在-20～-15 dB以下，從圖中可看出兩種結(jié)構(gòu)天線方向圖基本一致,。

　　從圖4和圖5方向圖可以看出,，在z軸(θ=0°)和-z軸(θ=180°)近似為零點(diǎn)，而最大輻射方向不在θ=90°方向,。

　　圖6為對應(yīng)頻率f=4 GHz,，6 GHz時的三維方向圖及加工的實(shí)物照片，頻率為5 GHz及4 GHz時方向圖相似,，頻率為4 GHz時,，增益為3.47 dB，頻率為6 GHz時,，增益為3.15 dB,。

　　3 結(jié)論

　　提出了一種改進(jìn)的杠鈴形超寬帶天線，通過在杠鈴形天線上增加階梯形缺口,，使天線回波損耗更小,，而天線方向圖與原杠鈴形天線基本一致，實(shí)測結(jié)果表明,，改進(jìn)的杠鈴形超寬帶天線回波損耗小于-10 dB,，帶寬達(dá)74.7%(3.45～7.56 GHz)。