CST 天线仿真 | PCB天线设计与仿真（三）——CPW馈电平面单极子UWB天线

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前言

UWB天线是超宽带(Ultra-Wideband)技术系统中的核心部件之一，其性能直接决定了整个系统的定位精度、通信速率和可靠性。由于其工作频带极宽（通常指带宽大于500MHz或相对带宽大于20%），设计与传统窄带天线有很大不同。本文我们来全面地探讨一下UWB天线。

UWB天线的设计要点

（1）天线结构设计

UWB天线结构设计需兼顾宽频带和良好辐射性能。常见 UWB 天线结构有平面单极子天线、蝶形天线、螺旋天线等。

经典平面单极天线通常是一个形状特殊的金属辐射贴片（如圆形、椭圆形、矩形），通过微带线或共面波导馈电，下方有一个接地面。通过优化形状，可以激励多个谐振模式，合并成宽频带。平面单极子天线结构简单，易于集成，通过优化天线形状和尺寸，可实现宽频带特性。例如，在平面单极子天线上刻蚀不同形状缝隙，可调整天线谐振频率和带宽，实现对特定频段信号增强或抑制。

（2）材料选择

天线材料选择对其性能影响重大。对于UWB天线，需选用具有合适介电常数、低损耗正切和良好导电性材料。介质基片作为天线重要组成部分，其介电常数决定天线尺寸和性能。一般来说，介电常数越低，天线尺寸越大，但带宽可能更宽。常见介质基片材料有FR4、聚四氟乙烯等。

（3）阻抗匹配

阻抗匹配是UWB天线设计关键环节，直接影响天线辐射效率和信号传输质量。理想状态下，天线输入阻抗应与馈线特性阻抗（通常为50Ω）完全匹配，这样可使信号在天线和馈线间无反射传输，实现最大功率传输。

（4）辐射方向图

UWB天线辐射方向图根据应用场景需求进行设计和控制。通过调整天线结构形状、尺寸以及采用阵列天线技术等方式可实现对辐射方向图控制。

以下是一个CPW馈电平面单极子天线，用于3.1-10.6 GHz的FCC超宽带（UWB）无线电频带。该天线在底部由微带线或共面波导（CPW）馈电，并以连续或阶梯的方式向单极顶部增加宽度。