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采用U形寄生单元的微带馈电的平面超宽带天线

电子设计 2018-11-07 08:15 次阅读

本文所设计的天线采用Rogers RT/duroid 5880为基板,整体尺寸仅为23 mm×13 mm×0.508 mm,具有易加工、便于集成的特点。仿真和测试结果表明该天线在3.25~3.6 GHz,5.1~5.9 GHz和9.5~9.9 GHz处形成3个陷波频段,适合于超宽带系统的使用。

引言

随着2002年美国联邦通信委员会(FCC)通过决议批准将3.1~10.6 GHz的频率资源用于商业领域,具有高传输速率、低功耗、低成本、抗干扰能力强、穿透能力强、低截获概率等众多优势的超宽带(Ultra-Wideband,UWB)无线通信技术在科研和无线工业领域得到了迅猛的发展。国内外已经有许多不同类型的天线被设计出来,并覆盖了整个的UWB频段,但与此同时,这一频段与全球微波互联接入(WiMax,3.25~3.6 GHz)、无线局域网(WLAN,5.15~5.825 GHz)和X 频段(9.5~9.9 GHz)等无线通信的工作频段存在重合。出于防止相互干扰的目的,对超宽带天线的设计提出了在目标频段实现陷波功能的要求。很多文献都描述了许多方法,用于实现天线的陷波特性,例如,通过在天线上开不同形状的缝隙结构的方法,使用调谐支线的方法,加载寄生单元[10]的方法等等。

本文设计了一款微带馈电的平面超宽带天线,为了在目标频段内实现陷波特性,通过在微带馈线旁增加U型寄生单元结构,在原3.1~10.6 GHz的通带上,有效地实现了3.25~3.6 GHz、5.1~5.9 GHz和9.5~9.9 GHz的陷波,且总体辐射特性良好。同时研究了寄生单元参数变化对阻带特性造成的影响,通过分析对比得出了最佳的参数选择,天线总尺寸为23 mm×13 mm×0.508 mm.结构简单、易于加工。

1 天线结构

本文所设计的工作于3.1~10.6 GHz频段的UWB天线几何结构如图1所示。该天线采用Rogers RT/duroid5880作为介质基板材料,其相对介电常数为2.2,厚度为0.508 mm.介质板的长宽分别为Wsub ,Lsub.辐射贴片由一个采用微带馈电的矩形金属片演变而来,通过调整其微带馈线位置,形成偏馈结构,以及对该矩形贴片表面电流分布较弱区域进行裁剪,使得天线表面电流路径得到增大,从而达到了减小天线面积的作用。接地板结构如图1所示,较普通接地板,左右各添加了非对称支臂,这个结构可以有效的展宽天线的带宽。馈线的宽度为wg,阻抗为50 Ω,辐射单元与接地板三面之间的间隔都是1 mm.

采用U形寄生单元的微带馈电的平面超宽带天线

通过优化设计,最终确定该UWB 结构天线的各个几何参数具体数值如表1所示。

采用U形寄生单元的微带馈电的平面超宽带天线

在此UWB 天线基础上,采用U 型寄生单元结构进行天线的陷波设计。该寄生单元各几何参数如图2所示,分别为lp1,lp2 和wp.寄生单元与微带馈线之间的间距为0.1 mm.采用基于时域有限积分(FITD)法的电磁仿真软件进行仿真。

采用U形寄生单元的微带馈电的平面超宽带天线

2 天线设计与实验结果

该陷波结构天线中寄生单元的最优尺寸如表2所示。

采用U形寄生单元的微带馈电的平面超宽带天线

图3~图5 分别显示了lp1,lp2 和wp 变化时,对天线阻带性能的影响。

采用U形寄生单元的微带馈电的平面超宽带天线

采用U形寄生单元的微带馈电的平面超宽带天线

采用U形寄生单元的微带馈电的平面超宽带天线

对图3~图5进行分析对比,可以发现,对于天线带陷频段的改变,lp1 和lp2 的影响很大,而wp 的改变几乎对天线的陷波频段没有影响。当lp1 变化时,对WiMax 和WLAN 陷波频段的影响较大,而X 频段的阻带变化较小;当lp2变化时,可以改变3个陷波频段的范围,同时对X频段的阻带影响最大。采用如表2所示的寄生单元最优参数时,所设计的天线在3个频段内具有较好的陷波特性,且其他UWB频段仍是通带,满足设计的指标。本文将所设计的陷波天线进行加工,其实物如图6所示。

采用U形寄生单元的微带馈电的平面超宽带天线

采用安捷伦矢量网络分析仪(E5071C)对其S11参数进行了测试,图7是S11实测结果与仿真结果的对比。可以看出天线仿真结果与测试结果之间有较好的一致性,可以产生3.25~3.6 GHz、5.1~5.9 GHz 和9.5~9.9 GHz 的陷波频段。图8给出了有寄生单元和无寄生单元时超宽带天线的增益仿真结果,有寄生单元天线在3个陷波频段内的增益具有较低的电平。

采用U形寄生单元的微带馈电的平面超宽带天线

采用U形寄生单元的微带馈电的平面超宽带天线

超宽带系统要求天线的具有很好的全向辐射特性,图9分别给出了本文提出的陷波天线在3.2 GHz、8 GHz和10.5 GHz频点上的E面、H面辐射方向图。从图9中可知,该天线的H面方向图具有较好的全向性。

采用U形寄生单元的微带馈电的平面超宽带天线

3 结论

本文通过地板和辐射贴片的改进,设计了一种采用微带馈电的平面超宽带天线,并采用在微带馈线旁边加载U形寄生单元的方式,获得了3个频段的带陷特性。采用调整寄生单元长度和宽度的方法,可以在不同的频带内实现陷波特性,并且具有很好的全向辐射特性。测试结果表明,该天线阻抗带宽覆盖了3.1~10.6 GHz的UWB 频段,并在3.25~3.6 GHz、5.1~5.9 GHz和9.5~9.9 GHz实现了的陷波特性。天线尺寸仅为23 mm×13 mm× 0.508 mm,结构简单、加工方便、易于集成,具有良好的应用前景。

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系列低静态电流低压降(LDO)线性稳压器最初设计用于手持通信设备和便携式电池供电应用,可用于需要超低静态电流的汽车应用。它应该用作后置调节器件,因为该产品不能防止汽车电池工作所固有的高输入瞬态电压。 该系列具有2.5μA的超低静态电流以及一个使能引脚允许将电流消耗降低至典型值0.1μA。每个器件都包含一个电压基准单元,一个误差放大器,一个PMOS功率晶体管,用于设置输出电压的电阻器,以及电流限制和温度限制电路等保护功能。 NCV662 LDO线性稳压器设计用于低成本陶瓷电容器,需要0.1μF的最小输出电容。该器件采用微型SC82-AB表面贴装封装。提供无铅电镀选项。标准电压版本为1.5,1.8,2.5,2.7,2.8,3.0,3.3和5.0 V. 特性 超低静态电流2.5 uA典型值 低输出电压选项低至1.5V,输出电压精度为+/- 2% 温度范围-40C至125C 启用引脚 集成保护电流限制热关机 应用 终端产品 汽车 信息娱乐:汽车,卫星广播导航系统 Body Electronic 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-30 15:02 0次 阅读
NCV662 LDO稳压器 100 mA 超低Iq

NCV4263-2C LDO稳压器 200 mA 高PSRR

3-2C是一款200 mA LDO稳压器,集成了复位看门狗功能,专用于微处理器应用。其坚固性使NCV4263-2C可用于恶劣的汽车环境。 Enable功能可用于将静态电流降至最大10 A. NCV4263-2C包含电流限制,热关断和反向输出电流保护等保护功能。稳压器还提供看门狗,复位功能,可调节阈值和可调节的上电复位延迟时间。 特性 优势 启用功能 满足最大模块点火关闭静态电流10μA 直接更换for TLE4263 GM 没有重新设计布局 使用可调节阈值重置可调节上电延迟TimeWatchdog功能 能够为最新的μpro供电,更具设计灵活性 应用 终端产品 车身控制模块 仪器和集群 乘员保护与舒适 动力总成 汽车 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-30 14:02 2次 阅读
NCV4263-2C LDO稳压器 200 mA 高PSRR

NCP502 LDO稳压器 80 mA 低Iq

系列固定输出低静态电流低压差(LDO)线性稳压器专为需要低静态的手持通信设备和便携式电池供电应用而设计。 NCP502系列具有40μA的超低静态电流。每个器件都包含一个电压基准单元,一个误差放大器,一个PMOS功率晶体管,用于设置输出电压的电阻,电流限制和温度限制保护电路。 NCP502设计用于低成本陶瓷电容器。 LDO线性稳压器采用微型SC70-5表面贴装封装。标准电压版本为1.5,1.8,2.5,2.7,2.8,2.9,3.0,3.1,3.3,3.4,3.5,3.6,3.7,3.8和5.0 V.其他电压可以100 mV步进。 特性 典型值为40μA的低静态电流 优良线路和负载调节 低输出电压选项 输出电压精度为2.0% 工业温度范围-40°C至85°C 应用 手机 电池供电消费品 手持式仪器 可携式摄像机和相机 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-30 10:02 0次 阅读
NCP502 LDO稳压器 80 mA 低Iq

NCP512 LDO稳压器 80 mA 低压差 低Iq

固定输出低压降(LDO)线性稳压器专为需要低静态的手持通信设备和便携式电池供电应用而设计。 NCP512具有40μA的超低静态电流。每个器件都包含一个电压基准单元,一个误差放大器,一个PMOS功率晶体管,用于设置输出电压的电阻,电流限制和温度限制保护电路。 NCP512设计用于低成本陶瓷电容。 LDO采用微型SC70-5表面贴装封装。标准电压版本为1.3,1.5,1.8,2.2,2.5,2.7,2.8,3.0,3.1,3.3和5.0 V.其他电压可以100 mV步进。 特性 低静态电流40μA典型 低压差250 mV,80 mA 低输出电压选项 输出电压精度2.0% 工业温度范围-40° C到85°C 应用...
发表于 07-30 10:02 0次 阅读
NCP512 LDO稳压器 80 mA 低压差 低Iq

NCP3337 LDO稳压器 500 mA 低Iq 带电源良好

7是一款高性能,低压差稳压器。它具有±0.9%的线路和负载精度以及超低静态电流和噪声,涵盖了当今消费类电子产品所需的所有必要功能。这种独特的器件保证在没有最小负载电流要求的情况下保持稳定,并且对于小至1.0μF的任何类型的电容器都是稳定的。 NCP3337还配备了感应和降噪引脚,以提高器件的整体实用性。 NCP3337提供反向偏置保护。 特性 线路和负载的高精度(25℃时±0.9%) 满载时超低压降(典型值260 mV) 没有稳定性所需的最小输出电流 低噪音 低关机电流 反向偏压保护 2.9 V至12 V电源范围 热关断保护 当前限制 仅需1.0μF输出电容以确保稳定性 电源良好输出 应用 终端产品 PCMCIA卡 手机 摄像机和相机 网络系统,DSL /电缆调制解调器 Cable SetTop Box MP3 / CD播放器 DSP Supply 显示和监视器 PCMCIA卡 手机 摄像机和相机 网络系统, DSL /电缆调制解调器 Cable SetTop Box MP3 / CD播放器 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-30 10:02 6次 阅读
NCP3337 LDO稳压器 500 mA 低Iq 带电源良好

晶闸管的作用

晶闸管是一种可控硅的整流器件。可以实现用小电压小电流来控制大电压电流,主要起到开关作用,与二极管相比....
发表于 07-30 09:06 95次 阅读
晶闸管的作用

NCP698 LDO稳压器 150 mA 超低Iq

列固定输出低压差(LDO)线性稳压器专为需要低静态的手持通信设备和便携式电池供电应用而设计。该系列具有2.5 uA的超低静态电流。每个器件都包含一个电压基准单元,一个误差放大器,一个PMOS功率晶体管,用于设置输出电压的电阻,电流限制和温度限制保护电路。 NCP698系列提供用于ON / OFF控制的使能引脚。 NCP698设计用于低成本陶瓷电容器,需要0.1μF的最小输出电容。该器件采用微型SC82-AB表面贴装封装。标准电压版本为1.3,1.5,1.8,2.5,2.8,3.0,3.3,3.5和5.0 V.其他电压可以100 mV步进。可提供无铅电镀选项。 特性 优势 超低静态和接地电流 最小化功耗 低压差 延长电池使用时间。保留更长的监管。 低输出电压选项 输出电压准确度为2.0% 温度范围-40C至85C 应用 终端产品 电池供电仪器 手持式仪器 摄像机和相机 MP3播放器 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-30 09:02 4次 阅读
NCP698 LDO稳压器 150 mA 超低Iq

NCP563 LDO稳压器 80 mA 超低Iq

定输出低压差(LDO)线性稳压器专为需要低静态的手持通信设备和便携式电池供电应用而设计。该系列具有2.5μA的超低静态电流。每个器件都包含一个电压基准单元,一个误差放大器,一个PMOS功率晶体管,用于设置输出电压的电阻,电流限制和温度限制保护电路。 NCP562系列提供用于ON / OFF控制的使能引脚。 NCP562设计用于低成本陶瓷电容器,需要0.1μF的最小输出电容。该器件采用微型SC82-AB表面贴装封装。标准电压版本为1.5,1.8,2.5,2.7,2.8,3.0,3.3,3.5和5.0 V.其他电压可以100 mV步进。可以使用无铅电镀选项。 特性 典型值为2.5μA的低静态电流 低输出电压选项 输出电压精度为2.0% -40°C至85°C的温度范围 NCP562提供启用引脚 Pb - 免费套餐可用 应用 终端产品 电池供电仪器 手持式仪器 摄像机和相机 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-30 08:02 4次 阅读
NCP563 LDO稳压器 80 mA 超低Iq

NCP511 LDO稳压器 150 mA 超低压差 低Iq

固定输出低静态电流低压降(LDO)线性稳压器专为需要低静态电流的手持通信设备和便携式电池供电应用而设计。 NCP511具有40μA的超低静态电流。每个LDO线性稳压器包含一个电压基准单元,一个误差放大器,一个PMOS功率晶体管,用于设置输出电压的电阻,电流限制和温度限制保护电路。 NCP511设计用于低成本陶瓷电容器,要求最小输出电容为1.0 5F。 LDO采用微型TSOP-5表面贴装封装。标准电压版本为1.5,1.8,2.5,2.7,2.8,3.0,3.3和5.0 V.其他电压可以100 mV步进。 特性 低典型值为40μA的静态电流 100 mA时100 mV的低压差电压 出色的生产线和负荷调节 最大工作电压6.0 V 低输出电压选项 高精度输出电压2.0% 工业温度范围-40°C至85°C 无铅封装可用 应用 手机 电池供电仪器 手持式仪器 Camcorde rs和相机 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-30 08:02 2次 阅读
NCP511 LDO稳压器 150 mA 超低压差 低Iq

NCP1117LP LDO稳压器 1 A 固定和可调 正

7LP低压降(LDO)线性稳压器是流行的NCP1117系列低压差稳压器的低功耗版本,具有降低的静态电流。它主要用于0到125度温度范围内的大批量消费应用。该系列产品能够提供超过1 A的输出电流,在1 A全电流负载下具有1.3 V的压差,该系列包括1.5 V,1.8 V,2.5 V,3.3 V的可调和五种固定电压版本, 5.0 V。 特性 优势 输出电流超过1.0 A 1A输出电流 应用 终端产品 电视和监视器 电视和监视器 设置顶盒和娱乐设备 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-30 07:02 0次 阅读
NCP1117LP LDO稳压器 1 A 固定和可调 正

MC78LC LDO稳压器 80 mA 超低Iq

00低压降(LDO)线性稳压器专为需要低静态电流的手持通信设备和便携式电池供电应用而设计。 MC78LC00系列具有1.1μA的超低静态电流。每个LDO线性稳压器包含一个电压基准单元,一个误差放大器,一个PMOS功率晶体管和用于设置输出电压的电阻。 MC78LC00低压降(LDO)线性稳压器设计用于低成本陶瓷电容器,要求最小输出电容为0.1μF。 LDO采用微型薄型SOT23-5表面贴装封装和SOT-89,3引脚封装。标准电压版本为1.5,1.8,2.5,2.7,2.8,3.0,3.3,4.0和5.0 V.其他电压可以100 mV步进。 特性 低静态电流1.1μA典型 出色的线路和负载调节 最大工作电压12 V 低输出电压选项 高精度输出电压2.5% 工业温度范围-40°C至85°C 两个表面贴装封装(SOT-89,3针或SOT-23,5针) 无铅封装可用 应用 电池供电仪器 手持式仪器 Camcorde rs和相机 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-30 06:02 14次 阅读
MC78LC LDO稳压器 80 mA 超低Iq

NCV8843 降压稳压器 1.5 A 340 kHz 具有同步功能

3是一款1.5 A降压稳压器IC,工作频率为340 kHz。该器件采用V 2 ™控制架构,提供无与伦比的瞬态响应,最佳的整体调节和最简单的环路补偿。 NCV8842可承受4.0 V至40 V的输入电压,并包含同步电路。片上NPN晶体管能够提供最小1.5 A的输出电流,并通过外部升压电容进行偏置,以确保饱和,从而最大限度地降低片内功耗。保护电路包括热关断,逐周期电流限制和频率折返短路保护。 特性 优势 V 2 ™控制架构 超快速瞬态响应,改进调节和简化设计 2.0%误差放大器参考电压容差 严格的输出调节 逐周期限流 限制开关和电感电流 开关频率短路时减少4:1 降低短路功耗 自举操作(BOOST) 提高效率并最大限度地降低片内功耗 与外部时钟同步(SYNC) 与外部时钟同步(SYNC) 1.0 A关闭静态电流 当SHDNB为最小时电流消耗最小化断言 热关机 保护IC免于过热 软启动 在启动期间降低浪涌电流并最大限度地减少输出过冲 无铅封装可用 应用 终端产品 汽车 工业 直流电源 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-30 01:02 9次 阅读
NCV8843 降压稳压器 1.5 A 340 kHz 具有同步功能

KA78R LDO稳压器 1 A 5至15V 带固定输出

XC是一款适用于各种电子设备的低压差稳压器。它提供带有TO-220-4引线全模封装的恒压电源。在满额定电流(1A)下,KA78RXXC的压差低于0.5V。该稳压器具有各种功能,如峰值电流保护,热关断,过压保护和输出禁用功能。 特性 1A / 3.3V,5V,8V,9V ,12V,15V输出低压差稳压器 TO-220全模封装(4pin) 过流保护,热关机 过压保护,短路保护 带输出禁用功能 应用 此产品是一般用途,适用于许多不同的应用。 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-29 23:02 4次 阅读
KA78R LDO稳压器 1 A 5至15V 带固定输出

LV5749NV 降压稳压器 开关 1通道

NV是单通道降压型开关稳压器。 特性 与负载无关的软启动电路 ON / OFF功能 集成脉冲脉冲过流保护 电流模式控制 电路图、引脚图和封装图
发表于 07-29 19:02 6次 阅读
LV5749NV 降压稳压器 开关 1通道

钳形电流表测电流方法

使用钳形表测量电流的方法:当使用钳形表最小量程测量,其读数还不明显时,可将被测导线绕几匝,匝数要以钳....
的头像 发烧友学院 发表于 07-29 14:44 335次 阅读
钳形电流表测电流方法

磁性开关的性能对比与价格

磁性开关可以用来检测电路或机械运动的状态,另一种磁性开关就是市场上所说接近开关、门磁开关、又叫感应开....
发表于 07-29 09:04 82次 阅读
磁性开关的性能对比与价格

射频模块天线端ESD设计方案

硬件工程师在设计产品时,ESD抗扰度是一个重要的考虑指标。静电对于大部分电子产品来说都存在危害,射频....
发表于 07-27 09:48 166次 阅读
射频模块天线端ESD设计方案

电路中电感有什么作用,在使用中需注意哪些事项

电感是导线内通过交流电流时,在导线的内部及其周围产生交变磁通,导线的磁通量与生产此磁通的电流之比。
的头像 牵手一起梦 发表于 07-23 16:07 418次 阅读
电路中电感有什么作用,在使用中需注意哪些事项

在电路中慢熔断贴片与快熔断保险丝有何不同之处

保险丝一般都有自己特定的属性,例如按照熔断速度来分会用不同的字母表示,特慢速保险丝(TT),慢速保险....
的头像 牵手一起梦 发表于 07-23 14:33 374次 阅读
在电路中慢熔断贴片与快熔断保险丝有何不同之处

有关锂电池必要了解的一些小常识,如"C"比如"mAH" 什么意思?

锂电池对我们来说并不陌生,但是留心观察一下电池上的符号,比如"C"比如"mAH" ,大家可否知道是什....
的头像 EDA365 发表于 07-23 10:31 472次 阅读
有关锂电池必要了解的一些小常识,如"C"比如"mAH" 什么意思?

2.4G微带天线阵列的HFSS仿真模型免费下载

本文档的一直内容详细介绍的是2.4G微带天线阵列的HFSS仿真模型免费下载。
发表于 07-23 08:00 61次 阅读
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什么是电阻?任何物体都存在电阻,导体也不例外 你明白吗?

什么是电阻?简单来说,电阻就是指电流在电路中所遇到的阻力,或者说是指物体对电流的阻碍才能。电阻越大,....
的头像 电子工程技术 发表于 07-22 15:47 423次 阅读
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EMI可以大致分为“传导发射”和“辐射发射”两种类型的分类

电磁干扰EMI可以大致分为“传导发射”和“辐射发射”两种类型。其中,根据传导的类型,传导发射可以进一....
的头像 韬略科技EMC 发表于 07-22 15:35 442次 阅读
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负序电流是怎样产生的

负序电流所产生的旋转磁场方向与转子的运动方向相反,以两倍同步转速切割转子,在转子中感生出倍频电流,倍....
的头像 发烧友学院 发表于 07-22 14:58 479次 阅读
负序电流是怎样产生的

宽角覆盖阿基米德螺旋天线设计与研究的论文免费下载

 本文针对天线在高增益、超宽带、圆极化、宽角覆盖、小型化等特性上的要求,主要研究了一种改进型的平面阿....
发表于 07-22 10:05 50次 阅读
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使用HFSS设计平面等角螺旋天线的详细资料说明

本文介绍了一种双臂平面等角螺旋天线的设计过程,利用 ANSOFT HFSS 对其结构进行了建模和仿真....
发表于 07-22 08:00 49次 阅读
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带反射板的阿基米德螺旋天线的详细资料说明

在90年代,随着通讯卫星发射功率的增大,卫星接收天线的尺寸在逐渐减小,天线的结构形式也一改过去的单一....
发表于 07-22 08:00 164次 阅读
带反射板的阿基米德螺旋天线的详细资料说明