CN101699655B

CN101699655B - 新型阻带缝隙超宽带天线

Info

Publication number: CN101699655B
Application number: CN 200910208575
Authority: CN
Inventors: 褚庆昕; 叶亮华
Original assignee: South China University of Technology SCUT
Current assignee: South China University of Technology SCUT
Priority date: 2009-10-16
Filing date: 2009-10-16
Publication date: 2013-04-10
Anticipated expiration: 2029-10-16
Also published as: CN101699655A

Abstract

本发明公开了一种新型阻带缝隙UWB天线，天线包括多变边形缝隙天线和组合的陷波结构，即在作为馈电单元的T形微带馈线上开一C形缝隙和在多边形缝隙中加入微带线，以产生组合的陷波。多边形缝隙天线能产生超宽带特性，采用双频谐振陷波结构，类似于二阶滤波器，能实现更陡峭的阻带。与现有技术相比，本发明的带阻超宽带天线可以实现良好的滤波特性，具有尺寸小，成本低的优点。

Description

新型阻带缝隙超宽带天线

技术领域

本发明涉及超宽带(UWB)天线，尤其涉及一种新型的阻带缝隙UWB天线。

背景技术

超宽带(UWB)技术始于20世纪60年代兴起的脉冲通信技术，利用频谱极宽的超短脉冲进行通信，又称为基带通信、无载波通信，主要用于军用雷达、定位和通信系统中。2002年2月，美国联邦通信委员会(FCC)向超宽带通信开放了3.1GHz-10.6GHz频段，并批准了UWB技术用于民用；随后，日本于2006年8月开放了超宽带频段。由于UWB技术具有传输速率高(1Gbit/s)、抗多径能力强、功耗低、成本低、穿透能力强、低截获概率、与现有其他无线通信系统共享频谱等特点，现在已经成为无线个人局域网(WPAN)的首选技术。天线作为无线通信系统的“耳目”，是超宽带无线通信系统中不可缺少的重要组成部分。作为超宽带技术关键的超宽带天线，是制约超宽带无线通信信道容量与质量的重要因素。个人室内局域网低耗高速的数字通信将是其UWB无线技术的主要应用，其对UWB天线的设计要求包括：阻抗超宽带、方向图超宽带和增益超宽带，并且要求实现天线的小型化设计。另一方面，在超宽带系统指定的频段内覆盖了5.15-5.825GHz的无线局域网(WLAN)和3.3-3.6GHz的微波存取全球互通(WiMAX)等窄带系统通信频段，为了抑制超宽带系统与窄带系统间潜在的干扰，通常需要在超宽带系统内引入带阻滤波器滤除窄频带，然而，这势必增大系统的复杂度和成本。一种简单而有效的方法就是使超宽带天线在窄带的频段内呈现较大的反射系数，即在超宽带天线上引入陷波功能，实现在窄带频带内的带阻特性。通过引入缝隙陷波结构，能实现UWB天线的滤波功能。对于各种平面单极子UWB天线，在辐射单极子上开一开路或短路窄带缝隙，或在地板上开一开路或短路的细缝，在缝隙的基本谐振模式的频率时，电流主要集中在缝隙周围，能量辐射不出去，从而实现了滤波特性。对于微带馈线的单极子UWB天线，还可以在微带馈线边上引入半波长的微带谐振器来实现陷波功能，其滤波的原理和上述引入缝隙滤波的原理相似。对于缝隙UWB天线，可以通过在微带馈线上开一细缝，或在缝隙中加入微带线来实现陷波特性。例如专利名称为：具有带阻特性的超宽带天线(专利号200680013917.9)，提出了一种具有单个陷波特性，应用于超宽带(UWB)通信的天线。该天线由带有枝节的椭圆单极子组成，并由微带线馈电。椭圆单极子能在3-10.6GHz频段内产生多谐振，这些谐振频率组合在一起，就实现了超宽带特性。同时在椭圆单极子上开了一U形缝隙，该缝隙在3.1-10.6GHz频段内产生一谐振频率，相当于在超宽带天线上并联了一个一阶的带阻滤波器，从而产生陷波特性。又如：专利名称为：分裂环谐振器耦合馈线实现的多阻带超宽带天线(专利号：200810019273.5)，提供了一种用于具有多阻带的超宽带天线，由微带馈电的圆形单极子天线构成UWB天线，应用圆形单极子的多谐振特性产生超宽带。由分布在微带馈线两边的谐振环实现线波功能。再如：专利名称为：基于非对称刺状线的改进阻带超宽带天线(专利号：200810019785.1)，提供了一种改进阻带超宽带天线，天线的辐射单元为一微带馈电的C形单极子，由C形单极子产生超宽带特性。由微带馈线上开的两条1/4波长的谐振细缝隙产生阻带特性。上述天线所用的陷波结构，实际上相当于在天线上加入了一阶的带阻滤波器，实现的滤波性能较差，陷波的陡度不够，带宽较窄，达不到实际应用的滤波效果。同时，大部分的UWB天线的尺寸大于25×25mm，尺寸较大，不利于应用在小型化的通信终端中。所以开发研制具有良好滤波特性的UWB天线是适应超宽带通信发展之急需。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有陷波结构，阻带更陡峭，滤波性能更好，体积更小的改进阻带缝隙超宽带天线，该天线通过在现有的缝隙超宽带天线中引入一种新型的组合陷波结构，解决了现有同类型的天线产生的阻带不陡峭的问题，使天线的滤波性能大大提高，同时又实现了天线的小型化设计。

为实现本发明的目的采用如下的技术方案：一种新型阻带缝隙超宽带天线，其特征是，包括：矩形介质板和位于矩形介质板两面的金属印刷天线；在矩形介质板的正面开设第一条缝隙作为辐射单元，所述第一条缝隙为闭合的曲线，第一条缝隙的周长为85～95mm；位于矩形介质板背面的T形微带馈线作为馈电单元，所述T形微带馈线上方平台馈线所处的位置对应到矩形介质板的正面，处于第一条缝隙圈定范围内的中下部；所述T形微带馈线上方的平台馈线开有总长度为对应谐振频率波长1/2的半闭合的第二条缝隙；所述第一条缝隙与所述T形微带馈线之间设置有一条总长度为对应谐振频率1个波长的半闭合微带线，所述微带线紧靠第一条缝隙的中上部，且开口朝下包围T形微带馈线。

为了更好地实现本发明，所述T形微带馈线是指具有渐变结构的T形微带馈线。

所述第一条缝隙为圆形、椭圆形或者多边形缝隙。所述第一条缝隙为多边形缝隙是优选方案，因为多边形缝隙天线具有更多的设计参数，可便于调整以实现天线的阻抗匹配，因此，可以通过调整参数来减小天线的尺寸，达到比同类型的缝隙天线尺寸更小的目的。

所述第二条缝隙是指开口向下的C形缝隙；所述C形缝隙位于T形微带馈线上方平台馈线的边缘。

所述设置在第一条缝隙与所述T形微带馈线之间的微带线是指倒U形的微带线。

本发明的工作原理是：

1、实现超宽带的原理为：

由于第一缝隙的多谐振特性，且其周长约为3.5GHz所对应的一个波长，因此，该缝隙天线能在3.1～10.6GHz频段产生多个谐振频率，调节第一缝隙或T形微带馈线的尺寸，使这些谐振频率组合在一起，就产生了超宽带特性，使天线的带宽能覆盖UWB的整个通信频段。

2、实现陷波原理为：

C形缝隙和倒U形微带线分别能产生一个基本的谐振频率，从而能分别产生单个窄带陷波。当这两谐振频率组合在一起时，相当于一两阶带阻滤波器，能产生陡峭的陷波特性，提高了天线的滤波性能。

与现有的技术相比，本发明具有如下优点及有益效果：

1.现有的陷波UWB天线的滤波效果差，而本发明通过引入组合的陷波结构，使陷波的陡度更大，滤波效果更好。

2.本发明提出的多边形缝隙天线结构，能延长电流的谐振路径，而且由于多边形缝隙天线具有更多的设计参数，可便于调整以实现天线的阻抗匹配，因此，可以通过调整参数来减小天线的尺寸，达到比同类型的缝隙天线尺寸更小的目的。

附图说明

图1是本发明新型阻带缝隙超宽带天线的结构示意图；

图2是本发明去掉陷波结构时测得的回波损耗仿真曲线；

图3是本发明测得的回波损耗仿真曲线；

图4a是本发明在E面的方向图；

图4b是本发明在H面的方向图；

图5是本发明的增益仿真曲线图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述。

实施例

本发明新型阻带缝隙超宽带天线的结构如图1所示，包括：矩形介质板1和位于矩形介质板1两面的金属印刷天线；在矩形介质板1的正面开有呈多边形的第一条缝隙2，第一条缝隙2为闭合的曲线，第一条缝隙2的周长为90mm，多边形缝隙2是天线的辐射单元；位于矩形介质板1背面、具有渐变结构的T形微带馈线3作为天线的馈电单元，T形微带馈线3上方平台馈线所处的位置对应到矩形介质板1的正面，正处于第一条缝隙2圈定范围内的中下部，上述辐射单元2和馈电单元3组成了多边形缝隙天线，调节多边形缝隙2或T形微带馈线3的尺寸，使这些谐振频率组合在一起，就产生了超宽带特性，测得此时天线的回波损耗仿真曲线如图2所示，可见该多边形缝隙天线能在3.1～10.6GHz频段产生多个谐振频率，产生超宽带特性，天线的带宽能覆盖UWB的整个通信频段；在T形微带馈线3上方的平台开设第二条缝隙4，第二条缝隙4为开口向下的C形缝隙，C形缝隙位于T形微带馈线3上方平台馈线的边缘(这时产生的陷波更陡峭)，其总长度约为对应谐振频率5.3GHz波长的1/2；在多边形缝隙2与T形微带馈线3之间的区域雕刻一条总长度约为对应谐振频率5.6GHz 1个波长的倒U形微带线5，微带线5紧靠第一条缝隙的中上部，且开口朝下包围T形微带馈线3。这样就在该天线引入了C形缝隙和U形微带线的组合陷波结构。由于C形缝隙和U形微带线分别能在5.3GHz和5.6GHz产生一个基本的谐振频率。当这两谐振频率组合在一起时，相当于一两阶带阻滤波器，能产生陡峭的陷波特性，提高了天线的滤波性能。此时测得的回波损耗仿真曲线如图3所示，可见在5-6GHz频段产生了陷波特性，且阻带很陡峭，具有良好的滤波特性。测得的E面、H面的方向图如图4a和图4b所示，增益仿真曲线图如图5所示。

本发明并不仅限于上述给出的实施方案，本领域技术人员在本发明的构思下，可作出不同的变形，例如辐射缝隙单元可以有多种形状，比如圆形、椭圆形、菱形、矩形等(只要满足了C形槽和U形微带的总长度要求，其具体形状可以是多样的)，任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种新型阻带缝隙超宽带天线，其特征是，包括：矩形介质板和位于矩形介质板两面的金属印刷天线；在矩形介质板的正面开设第一条缝隙作为辐射单元，所述第一条缝隙为闭合的曲线，第一条缝隙的周长为85～95mm；位于矩形介质板背面的T形微带馈线作为馈电单元，所述T形微带馈线上方平台馈线所处的位置对应到矩形介质板的正面，处于第一条缝隙圈定范围内的中下部；所述T形微带馈线上方的平台馈线开有总长度为对应谐振频率波长1/2的半闭合的第二条缝隙；所述第一条缝隙与所述T形微带馈线之间设置有一条总长度为对应谐振频率1个波长的半闭合微带线，所述微带线紧靠第一条缝隙的中上部，且开口朝下包围T形微带馈线；所述T形微带馈线是指具有渐变结构的T形微带馈线。

2.根据权利要求1所述的新型阻带缝隙超宽带天线，其特征是，所述第一条缝隙为圆形、椭圆形或者多边形缝隙。

3.根据权利要求1所述的新型阻带缝隙超宽带天线，其特征是，所述第二条缝隙是指开口向下的C形缝隙；所述C形缝隙位于T形微带馈线上方平台馈线的边缘。

4.根据权利要求1所述的新型阻带缝隙超宽带天线，其特征是，所述设置在第一条缝隙与所述T形微带馈线之间的微带线是指倒U形的微带线。