CN101237081B

CN101237081B - 分裂环谐振器耦合馈线实现的多阻带超宽带天线

Info

Publication number: CN101237081B
Application number: CN2008100192735A
Authority: CN
Inventors: 洪伟; 张彦; 蒯振起; 周健义
Original assignee: Southeast University
Current assignee: Southeast University
Priority date: 2008-01-18
Filing date: 2008-01-18
Publication date: 2011-07-06
Anticipated expiration: 2028-01-18
Also published as: CN101237081A

Abstract

分裂环谐振器耦合馈线实现的多阻带超宽带天线包含圆盘天线和分裂环谐振器耦合微带结构馈线两部分，通过印刷电路板技术在微波介质基片实现。分裂环谐振器耦合微带线结构，可以产生特定频点的阻带。通过添加多个不同尺寸的分裂环谐振器，从而产生多个阻带，构成具有多阻带特性的单片天馈线结构。分裂环谐振器耦合馈线实现的多阻带超宽带天线，该天线不仅具有超宽带特性，而且对于多个频点的干扰信号有很好的抑制作用，该天线具有结构简单、体积小巧，满足平面电路集成的要求，并且具有成本低、便于批量生产等优点，因此适用于多种抗干扰的超宽带应用场合。

Description

分裂环谐振器耦合馈线实现的多阻带超宽带天线

技术领域

本发明是一种适用于抗多频率信号干扰的多阻带滤波器与超宽带(Ultra-Wideband，UWB)天线综合设计技术。所设计天线具有超宽带天线工作带宽(2GHz-9.8GHz)，包含圆盘天线和分裂环谐振器(Split Ring Resonators SRRs)耦合馈线结构两部分。通过多个分裂环谐振器与馈线相耦合，构成具有多个阻带的滤波器，将该滤波器与圆盘天线相级连，形成具有三阻带特性的超宽带天线。该天线设计基于平面印刷电路技术，采用微带线馈电，体积小巧，适合平面高度集成。

背景技术

随着通信技术的高速发展，具有低复杂度、低成本、抗多径和抗混迭等诸多优点的超宽带通信系统得到的广泛的研究和应用。与此同时，工作在相同频率的各通信系统间的干扰问题也越发明显。例如，在超宽带通信系统工作的频带中(例如美国FCC认定的UWB频带为3.1GHz-10.6GHz)，就存在特定频率的干扰信号问题——无限局域网WLAN的5.8GHz频带信号。如果超宽带系统工作频带更宽，例如从2GHz-10GHz，则相应需要考虑的干扰频率信号就更多，诸如：WLAN的2.4GHz/5.8GHz信号，以及固定宽带无线接入(FBWA)3.5GHz信号等。为了避免这些频点信号的干扰，可以通过添加相应的阻带滤波器或者设计具有阻带特性的天线实现。其中，将多阻带滤波器和超宽带天线综合设计可以很好的将两者合成一体，构成具有阻带特性的单片天馈线系统。这种天馈线可以工作在很宽的频带，具有滤波特性的馈线结构使天线在特定的频率上具有很大的输入电压驻波比，即对于相应频率的信号天线呈现截止，不工作的状态，从而起到减小甚至消除超宽带系统与其他通信系统间相互干扰的作用。已有的阻带天线大都具有单一的阻带，不能对多个频点的信号进行抑制；或者，具有两个阻带的天线工作带宽受到影响而减小，不满足超宽带特性。因此，设计一种具有多阻带，超宽带工作带宽的天馈线成为亟待解决的问题。另一方面，分裂环谐振器(SRRs)是一种具有左手特性的新结构，具有小体积，高品质因数，可以平面化实现的特点。因此，可以用于小型化阻带滤波器的设计。

发明内容

技术问题：本发明的目的是提出一种分裂环谐振器耦合馈线实现的多阻带超宽带天线，该天线不仅具有超宽带特性，而且对于多个频点的干扰信号有很好的抑制作用。该天线具有结构简单、体积小巧，满足平面电路集成的要求，并且具有成本低、便于批量生产等优点，因此适用于多种抗干扰的超宽带应用场合。

技术方案：本发明的超宽带天线包含圆盘天线和分裂环谐振器耦合微带结构馈线两部分，通过印刷电路板技术在微波介质基片实现。分裂环谐振器耦合微带线结构，可以产生特定频点的阻带。通过添加多个不同尺寸的分裂环谐振器，从而产生多个阻带，构成具有多阻带特性的单片天馈线结构。

分裂环谐振器耦合馈线实现的多阻带超宽带天线包含圆盘天线和分裂环谐振器耦合结构两部分，通过印刷电路板技术在微波介质基片上实现，该天线由一块介质基片，和在介质基片上下表面覆盖的两层金属镀层共同构成；下表面金属镀层为馈线部分的地，上表面金属镀层包含有天线辐射单元、馈线以及分裂环谐振器几部分；其中，天线辐射单元采用圆盘天线形式，圆盘天线背后无金属地；馈线部分采用微带线形式，馈线部分与天线辐射单元之间通过梯形阻抗变换线进行阻抗匹配连接；分裂环谐振器与馈线耦合结构包含有三对谐振器即第一谐振器、第二谐振器、第三谐振器，对称分布于馈线两侧，每个谐振器由内外两个分裂环构成，内环的开口方向远离馈线，外环的开口方向靠近馈线，共同构成具有左手特性的谐振结构。

可供选择的有矩形，三角形，椭圆形，半圆形以及其他具有超宽带特性的辐射单元形式。分裂环谐振器可以变更为正方形，几组谐振器的布局和尺寸可以根据需要调整，并且微带馈线可以根据需要进行弯曲设计。共同构成具有左手特性的谐振结构。

有益效果：

1.天线具有超宽带特性，可以满足超宽带通信系统要求；同时，天线可以产生三个频率的阻带，具有抗多频点干扰性能。

2.天线阻带的频率可以通过改变分裂环谐振器的尺寸自由调节，即具有阻带可调性，因此可以满足一些干扰频率特殊场合的应用。

3.分裂环谐振器具有左手结构特性，为子波长谐振器，体积较普通谐振器明显缩小，并且具有高品质因数，可以产生尖锐的阻带特性。

4.天线整体体积小巧，采用微带线作为馈线，可以方便与微波平面电路高度集成，适合移动小型化设备使用。

5.整个天线的各部分集成为一体，结构简单，全部利用印刷电路板(PCB)工艺生产，成本低、精度高、重复性好，适合大批量生产。

附图说明

图1为分裂环谐振器耦合馈线实现多阻带超宽带天线暨实施例1结构示意图，其中左：正面，中：侧面，右：分裂环谐振器耦合微带线结构；图中mm为标注长度单位，

图2为实施实例1的反射系数测量结果，

图3为实施实例1的输入电压驻波比测量结果，

图4为实施例1的XOZ平面方向图，4条曲线分别是2、3、5、8GHz时的测试结果，

图5为实施例1的YOZ平面方向图，4条曲线分别是2、3、5、8GHz时的测试结果，

图6为实施例1的XOY平面方向图，4条曲线分别是2、3、5、8GHz时的测试结果。

以上的图中有：介质基片1，下表面金属镀层2，上表面金属镀层3，天线辐射单元4，馈线部分5，梯形阻抗变换线6，分裂环谐振器与馈线耦合结构7，第一谐振器8(含内环8a，外环8b)、第二谐振器9、第三谐振器10。

具体实施方式

本发明的分裂环谐振器耦合馈线实现的多阻带超宽带天线的多阻带特性由分裂环谐振器耦合馈线结构实现，超宽带特性由辐射单元决定。因此，所选用的天线辐射单元形式不仅限于圆盘单元形式，可供选择的有矩形，三角形，椭圆形，半圆形以及其他具有超宽带特性的辐射单元形式。将这些形式的超宽带天线与分裂环谐振器耦合馈线结构相结合均可实现多阻带特性。

天线的分裂环谐振器耦合馈线结构可以根据需要进行调整。其中，分裂环谐振器可以变更为正方形，几组谐振器的布局可以根据需要调整，并且微带馈线可以根据需要进行弯曲设计以减小天线整体体积，只需保证谐振器与微带线为平行耦合即可。通过改变分裂环谐振器的尺寸可以对谐振频率进行调节，进而可以对阻带频率控制。因此，通过添加更多不同尺寸的分裂环谐振器可以实现更多阻带的超宽带天线。分裂环谐振器耦合馈线实现的多阻带超宽带天线(如图1所示)由一块介质基片1，和在介质基片上下表面覆盖的两层金属镀层共同构成。下表面金属镀层2为馈线部分的地，上表面金属镀层3包含有天线辐射单元，馈线以及分裂环谐振器几部分。其中，天线辐射单元4采用圆盘形式，该种形式具有超宽带特性，圆盘背后无金属地2。馈线部分5采用微带线形式，馈线与辐射单元之间通过梯形阻抗变换线6进行阻抗匹配连接。分裂环谐振器与馈线耦合结构7包含有三对谐振器即第一谐振器8、第二谐振器9、第三谐振器10，对称分布于馈线两侧。每个谐振器由内外两个分裂环构成。以谐振器组8中的一个为例，由内环8a和外环8b构成，其中8a的开口方向远离馈线，而8b的开口方向靠近馈线。8a和8b共同构成具有左手特性的谐振结构，该谐振结构具有很小的体积。第一谐振器8、第二谐振器9、第三谐振器10均含有两个谐振器，他们具有相似结构，仅尺寸不同，分别用于产生三个不同频率的阻带特性。因此，整体的天馈线结构就够成具有三阻带特性的超宽带天线。

实施例1 分裂环谐振器耦合馈线实现多阻带超宽带天线。

天线结构如图1所示，尺寸单位均为mm。本实施实例的基片尺寸为47×78×1。

实测天线反射系数，输入电压驻波比(VSWR)以及下XOZ、YOZ、XOY三个平面的方向图结果示于图2～图6。

Claims

1.一种分裂环谐振器耦合馈线实现的多阻带超宽带天线，其特征在于该天线包含圆盘天线和分裂环谐振器耦合结构两部分，通过印刷电路板技术在微波介质基片上实现，该多阻带超宽带天线由一块介质基片(1)，和在介质基片上下表面覆盖的两层金属镀层共同构成；下表面金属镀层(2)为馈线部分的地，上表面金属镀层(3)包含有天线辐射单元(4)、馈线以及分裂环谐振器几部分；其中，天线辐射单元(4)采用圆盘天线形式，圆盘天线背后无金属地；馈线部分(5)采用微带线形式，馈线部分(5)与天线辐射单元(4)之间通过梯形阻抗变换线(6)进行阻抗匹配连接；分裂环谐振器馈线耦合结构(7)包含有三对谐振器即第一谐振器(8)、第二谐振器(9)、第三谐振器(10)，每一对谐振器分别对称分布于馈线两侧，每个谐振器由内外两个分裂环构成，内环的开口方向远离馈线，外环的开口方向靠近馈线，共同构成具有左手特性的谐振结构。

2.根据权利要求1所述的分裂环谐振器耦合馈线实现的多阻带超宽带天线，其特征在于可供选择的有矩形，三角形，椭圆形，半圆形以及其他具有超宽带特性的辐射单元形式。

3.根据权利要求1所述的分裂环谐振器耦合馈线实现的多阻带超宽带天线，其特征在分裂环谐振器为正方形，几组谐振器的布局和尺寸根据需要调整，并且微带馈线根据需要进行弯曲设计。