CN101304119A - 一种小型化平面超宽频带时域天线 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种小型化平面超宽频带时域天线，特征是由分别敷设在矩形介质基板正、反两个平面上的辐射金属层和接地金属层构成；所述辐射金属层由左右对称的矩形传输条带和圆环型辐射单元构成，其下端边沿正对介质基板边沿的中心处，上端与圆环形辐射单元相连接；在辐射结构上采取对圆环形结构进行矩形开槽的方式，不但实现了覆盖3.1GHz～10.6GHz的超宽阻抗带宽，使天线具有较好的群延迟特性，还减小了天线的尺寸；通过对圆环形辐射单元外侧增加矩形突起，在不增加天线尺寸的前提下增加了天线的增益；本发明天线可较好地满足小型超宽频带无线通信系统的要求。
Description
技术领域：
本发明属于超宽频带天线技术领域，特别涉及小型化平面超宽频带时域天线。
背景技术：
美国联邦通信委员会(Federal Communications Commission)于2002年定义超宽带(Ultra-Wide Band，UWB)信号的频谱为3.1GHz到10.6GHz，而天线作为超宽频带无线通信系统中辐射、接收能量的关键性部件，其性能要求包括极大阻抗带宽、体积小且易共形、低加工成本等多个方面。
国际电子电气工程师学会《天线与传播》杂志(IEEE Transaction on Antenna andPropagation，2005年，11期，3500-3504页)所介绍的一种圆型结构超宽带天线(Studyof a Printed Circular Disk Monopole Antenna for UWB systems)，能完全覆盖超宽带无线通信所需的3.1GHz-10.6GHz频段范围，具有平面结构特征，但其外观尺寸较大，因此在应用上仍有不足。
国际电子电气工程师学会《天线与传播》杂志(IEEE Transaction on Antenna andPropagation，2007年，第2期，383-387页)公开了一种小型超宽带天线结构，但该天线由于采用非平衡的矩形辐射单元，没有较好的时域特性，故在实际应用中有诸多不便。
发明内容：
本发明的目的是提供一种小型化平面超宽频带时域天线，其阻抗带宽可覆盖3.1GHz-10.6GHz频段，且易于馈电和制作，可有效应用于小型超宽频带无线通信系统。
本发明小型化平面超宽频带时域天线，其特征在于包括分别敷设在矩形介质基板正、反两个平面上的辐射金属层和接地金属层构成；所述辐射金属层由左右对称的矩形传输条带和圆环型辐射单元构成；此矩形传输条带作为天线单元的微带馈电结构，其下端边沿正对介质基板边沿的中心处，上端与圆环形辐射单元相连接；所述圆环形辐射单元在其外环边沿的左右两端最远处往外设置有正对圆心的矩形突起，在其内环边沿的左、右、上、下四端最远处正对圆心往外设置有矩形开槽；所述接地金属层左右对称，其上边沿与介质基板下边沿平行，左、下和右边沿与介质基板边沿重合；在其上边沿靠中间处设置了左右对称的往下的矩形开槽。
所述矩形介质基板采用介电常数在2.0～8.0的材料，厚0.5～5.0mm；所述圆环形辐射单元的外圆环半径为6.0～8.5mm，内圆环半径为2.0～3.0mm；所述矩形突起和矩形开槽长1.0～2.0mm、宽0.2～0.8mm，其中下矩形开槽的长度优选为0.1～1.0mm；所述矩形传输条带宽度为2.4～2.8mm；所述接地金属层上的矩形开槽长0.5～5.0mm，宽2.0～4.0mm，为了使天线有较好带宽，接地金属层的上边沿线在长轴上的投影应低于矩形传输线条带的上边沿线在长轴上的投影0.1～0.8mm。
由于本发明采取将辐射单元与介质基板和接地单元平面平行的方式，使得该天线具有平面结构特征，有利于加工制作和共形；本发明采取中央开槽的接地金属层的方式，不但展宽了天线的带宽，而且优化了天线在高频端(8GHz～12GHz)的回波损耗特性；本发明在辐射结构上采取了对圆环形结构进行开槽的方式，使天线实现了覆盖3.1GHz～10.6GHz的超宽阻抗带宽，具有较好的群延迟特性，还减小了天线的尺寸；此外，本发明通过对圆环形辐射单元外侧增加突起，在不增加天线尺寸的前提下增加了天线的增益。因此，本发明天线可较好地满足小型超宽频带通信系统的要求。
附图说明：
图1为本发明小型化平面超宽频带时域天线的结构示意图；
图2是平面超宽带天线的侧视图；
图3是平面超宽带天线的的后视图；
图4是平面超宽带天线的正视图。
图5为端口回波损耗曲线；
图6为端口群延迟测量结果。
图7为频率为6.5GHz时E面内的辐射方向图；
图8为频率为6.5GHz时H面内的辐射方向图。
具体实施方式：
实施例1：
本实施例小型化平面超宽频带时域天线的形状、构造和各零部件之间的配合、联结关系，可参见图1给出的结构示意图以及图2给出的侧视图、图3给出的后视图和图4给出的正视图：它由包括矩形介质基板1，以及分别印刷在介质基板两侧的辐射金属层2和接地金属层3三个部分构成。
所述介质基板1采用介电常数在2.0～8.0的材料，厚度为0.5～5.0mm，长度与宽度的尺寸应使介质基板平面能覆盖整个辐射金属层，并且使接地金属层的左、下和右边沿与介质基板重合；其作用在于：一是在馈电传输线中传递能量，二是支撑辐射铜层以及馈电金属层。为降低介质板对耦合结构处场分布的影响，通常采用较低介电常数(2.0～5.0)的介质基板，并在保证硬度合适情况下选用较薄(0.5～2.0mm)的厚度。本实施实例中采用厚度为1.5mm，宽度为20mm，长度为27mm的FR4介质基板，其介电常数为4.98。
该天线的辐射金属层3印刷在介质基板1的正面，该辐射金属层3包括左右对称的圆环型辐射单元32和矩形传输线条带31两个单元构成，两个单元结构具有相同的对称轴线。该圆环形辐射单元32由圆环状初始结构裁剪而成，裁剪后辐射单元32的边沿由外圆环边沿321、内圆环边沿322、垂直于对称轴线的矩形突起323和324与矩形开槽325和327、平行于对称轴线的矩形开槽326和328构成；矩形传输条带31包括垂直于对称轴线的上边沿312和下边沿311，以及平行于对称轴线的左边沿313和右边沿314共四条边沿。为使天线工作在设计频段，要求将该圆环形辐射单元32的外圆环边沿321的半径R选取在7.0～8.5mm之间，内圆环边沿322的半径r选取在2.0～3.0mm之间；为使天线具有较好的增益和便于加工，左右两个矩形突起323、324和左、上、右三个矩形开槽325、326、327的长度选取在1.0～2.0mm之间，宽度选取在0.2～0.8mm之间；为了使天线有稳定的群延迟，下矩形开槽328的长度选取在0.1～1.0mm之间，宽度选取在0.2～0.8mm之间；天线的能量由矩形传输条带31馈入，为使其与50欧姆微带线匹配，边沿313与边沿314之间的距离应在2.4～2.8mm之间。综合以上考虑，在本实施例中，选取外圆环半径为8.2mm，内圆环半径为2.5mm，左右两个矩形突起323、324以及左、上、右三个矩形开槽325、326、327均为长1.5mm、宽0.4mm的矩形，下矩形开槽328为长0.3mm、宽0.4mm的矩形；矩形传输条带31的上边312距离短轴线的距离为10.3mm，下边311与短轴线重合，矩形传输条带31的左边313与右边314之间的距离(即条带的宽度)选择为2.6mm。
介质基板1的背面印刷有接地金属层2。该接地金属层2由在其上边沿靠中间处设置了一个关于长轴线左右对称、并向下的矩形开槽的矩形金属层构成；矩形金属层的下、左和右边沿线21、22、23分别与介质基板的相应下、左和右边沿重合；上边沿线24和25与接地矩形金属层2的短轴线即边沿线21平行且到边沿线21的距离相等；矩形开槽两侧的边沿线26和27与接地矩形金属层2的长轴线平行并且正对着天线正面的矩形传输线条带；矩形开槽底部的边沿线28与接地金属层2的短轴线平行并与矩形开槽两侧的边沿线26和27共同构成矩形开槽。为使本发明天线有较宽的阻抗带宽，接地金属层2上边沿线24和25在长轴上投影应低于矩形传输线条带的上边沿线312在长轴上的投影0.1～0.8mm；为使本天线在高频端(8GHz～12GHz)有较低的回波损耗，矩形开槽底部的边沿线28的长度(即开槽宽度)应选取为2.0～4.0mm之间，矩形开槽两侧的边沿线26、27的长度(即开槽长度)应选取为0.5～5.0mm之间。本实施例中，选取接地金属层2的边沿线22、23的长度为10mm，并选择接地金属层2上边沿线24和25在长轴上投影低于矩形传输线条带的上边沿线312在长轴上的投影0.3mm；矩形开槽长度与宽度分别选取为3.6mm与2.5mm以构成合适的开槽来获得最佳阻抗带宽。
天线的能量在条带下边沿311和接地单元的下直边21之间馈入，可采用同轴馈电或连接微带传输线进行馈电，该馈电结构不仅制作简单，且与其他型式的传输线连接方便。能量经由50欧姆微带线送至圆环形辐射单元32处，由圆环形辐射单元外半径边沿321向接地单元2的边沿线24、25进行能量耦合转换，最终向自由空间辐射。
图5给出了端口反射损耗测量结果，本实施例小型化平面超宽频带时域天线的端口回波损耗(Return losses)测量结果表明，在3.0GHz-12.0GHz范围内，绝大部分频点反射损耗低于-10dB的，可以覆盖FCC所要求的3.1GHz-10.6GHz频带范围。
图6给出了本实施例小型化平面超宽频带时域天线的群延迟特性的测量结果，在3.0GHz-12.0GHz范围内，该天线的群延迟小于1纳秒，具有非常好的群延迟特性。
图7和图8所示为该天线在频率6.5GHz处H面和E面内的辐射方向图，其中，E面是通过天线最大辐射方向并平行于电场向量的平面，H面是通过天线最大辐射方向并垂直于E面的平面。结果表明本实施例小型化平面超宽频带时域天线在该频率下，与天线平面垂直方向具有最大增益，在与天线平面平行的方向具有最小增益，因此具有指向性的辐射场型。
Claims (3)
1、一种小型化平面超宽频带时域天线，其特征在于包括分别敷设在矩形介质基板正、反两个平面上的辐射金属层和接地金属层构成；所述辐射金属层由左右对称的矩形传输条带和圆环型辐射单元构成；此矩形传输条带作为天线单元的微带馈电结构，其下端边沿正对介质基板边沿的中心处，上端与圆环形辐射单元相连接；所述圆环形辐射单元在其外环边沿的左右两端最远处往外设置有正对圆心的矩形突起，在其内环边沿的左、右、上、下四端最远处正对圆心往外设置有矩形开槽；所述接地金属层左右对称，其上边沿与介质基板下边沿平行，左、下和右边沿与介质基板边沿重合；在其上边沿靠中间处设置了左右对称的往下的矩形开槽。
2、如权利要求1所述的小型化平面超宽频带时域天线，特征在于所述矩形介质基板采用介电常数在2.0～8.0的材料，厚0.5～5.0mm；所述圆环形辐射单元的外圆环半径为6.0～8.5mm，内圆环半径为2.0～3.0mm；所述矩形突起和矩形开槽的长1.0～2.0mm、宽0.2～0.8mm；所述矩形传输条带宽度为2.4～2.8mm；所述接地金属层的矩形开槽长0.5～5.0mm、宽2.0～4.0mm；接地金属层的上边沿线在长轴上的投影低于矩形传输线条带的上边沿线在长轴上的投影0.1～0.8mm。
3、如权利要求1所述的小型化平面超宽频带时域天线，特征在于其中的下矩形开槽长为0.1～1.0mm。
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Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101777691A (zh) * | 2010-02-23 | 2010-07-14 | 厦门大学 | 开槽印制单极超宽带天线 |
| CN101834343A (zh) * | 2009-03-13 | 2010-09-15 | 深圳富泰宏精密工业有限公司 | 超宽频天线及应用该超宽频天线的无线通信装置 |
| CN106785463A (zh) * | 2017-01-09 | 2017-05-31 | 中国人民解放军防空兵学院 | 一种单陷波超宽带单极子天线 |
| CN107425270A (zh) * | 2017-06-29 | 2017-12-01 | 天津大学 | 一种柔性可穿戴特的小型化印刷超宽带单极子天线 |
| CN108365328A (zh) * | 2017-12-26 | 2018-08-03 | 合肥工业大学 | 一种基于石墨烯的微波柔性滤波天线 |
| CN112018510A (zh) * | 2019-05-31 | 2020-12-01 | 杭州海康威视数字技术股份有限公司 | 一种超宽带天线 |
| WO2021233128A1 (zh) * | 2020-05-20 | 2021-11-25 | 华为技术有限公司 | 电子设备 |
| CN114824804A (zh) * | 2021-01-28 | 2022-07-29 | 京东方科技集团股份有限公司 | 天线及其制备方法 |
-
2008
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Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101834343A (zh) * | 2009-03-13 | 2010-09-15 | 深圳富泰宏精密工业有限公司 | 超宽频天线及应用该超宽频天线的无线通信装置 |
| CN101834343B (zh) * | 2009-03-13 | 2014-03-05 | 深圳富泰宏精密工业有限公司 | 超宽频天线及应用该超宽频天线的无线通信装置 |
| CN101777691A (zh) * | 2010-02-23 | 2010-07-14 | 厦门大学 | 开槽印制单极超宽带天线 |
| CN101777691B (zh) * | 2010-02-23 | 2013-06-19 | 厦门大学 | 开槽印制单极超宽带天线 |
| CN106785463A (zh) * | 2017-01-09 | 2017-05-31 | 中国人民解放军防空兵学院 | 一种单陷波超宽带单极子天线 |
| CN107425270A (zh) * | 2017-06-29 | 2017-12-01 | 天津大学 | 一种柔性可穿戴特的小型化印刷超宽带单极子天线 |
| CN108365328A (zh) * | 2017-12-26 | 2018-08-03 | 合肥工业大学 | 一种基于石墨烯的微波柔性滤波天线 |
| CN112018510A (zh) * | 2019-05-31 | 2020-12-01 | 杭州海康威视数字技术股份有限公司 | 一种超宽带天线 |
| CN112018510B (zh) * | 2019-05-31 | 2023-02-03 | 杭州海康威视数字技术股份有限公司 | 一种超宽带天线 |
| WO2021233128A1 (zh) * | 2020-05-20 | 2021-11-25 | 华为技术有限公司 | 电子设备 |
| CN114824804A (zh) * | 2021-01-28 | 2022-07-29 | 京东方科技集团股份有限公司 | 天线及其制备方法 |
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