CN101859925A

CN101859925A - 一种具有陷波特性的超宽带单极子天线

Info

Publication number: CN101859925A
Application number: CN201010128389A
Authority: CN
Inventors: 高明华; 沈溧
Original assignee: East China Jiaotong University
Current assignee: East China Jiaotong University
Priority date: 2010-03-19
Filing date: 2010-03-19
Publication date: 2010-10-13

Abstract

一种具有陷波特性的超宽带单极子天线，包括一块介质基板[1]，介质基板[1]的一侧印制有金属接地板[2]，介质基板[1]的另一侧印制有辐射单元[3]和馈电单元[5]，其特征是：a.辐射单元[3]为正六边形，在辐射单元[3]的圆心偏下部的位置刻了一个C型槽[4]，C型槽[4]为未闭合的环；b.辐射单元[3]与馈电单元[5]直接相连；c.金属接地板[2]为梯形金属贴片。本发明具有良好的超宽带特性，且具有陷波特性，能消除与其他窄带无线通信系统的相互影响；陷波可调，可满足特殊场合应用；且尺寸小，重量轻，低损耗，结构简单，适合移动小型化设备使用，满足平面设计要求，便于与有源电路集成，成本低、精度高、重复性好，能很好地与外形具有类似正六边形的设备共形设计。

Description

一种具有陷波特性的超宽带单极子天线

技术领域：

本发明属于天线技术领域，特别涉及天线辐射单元的结构及接地形式。

背景技术

超宽带(Ultra-Wide Band，UWB)无线通信技术具有系统结构简单、数据传输速率高、功耗低、安全性高、多径分辨能力强等优点。2002年2月14日，超宽带技术首次获得了美国联邦通信委员会(FCC)的批准用于民用通信，正式将3.1～10.6GHz频带向作为室内通信用途的UWB开放，从而引起了世界各国的广泛关注。UWB尤其适用于室内等密集多径场所的高速无线接入和军事通信应用中。

超宽带天线技术是超宽带无线通信的关键技术之一。常规的超宽带天线主要包括加脊喇叭天线、TEM喇叭天线、螺旋天线和双锥天线等，它们都具有很宽的工作频带，但这一类天线多属于立体结构，很难与系统集成。由于许多超宽带终端设备多为便携式移动式设备，所以要求超宽带天线具有平面结构，并且体积要小。

平面单极子天线由于具有体积小、结构简单、容易与系统集成等优点，而受到人们青睐。

另外，在超宽带系统3.1～10.6GHz的工作范围内，还存在着其他的窄带通信系统，如WLAN(无线局域网)工作在2.4GHz(2400～2484MHz)、5.2GHz(5150～5350MHz)和5.8GHz(5725～5825MHz)处，它们和超宽带系统会形成互相干扰。因此，需要设计一种具有陷波特性的超宽带天线，以抑制超宽带系统与窄带系统间潜在的干扰。

发明内容

本发明的目的在于提供一种新型具有陷波特性的超宽带单极子天线。

本发明主要是由微带馈电的正六边形构成辐射单元，以获得超宽带特性，并在辐射单元上刻了C形槽，使得该超宽带天线具有陷波特性，改变C形槽的长度，即可调节陷波频率。这就可以消除超宽带通信系统与其他窄带无线通信系统之间潜在的干扰。

本发明所述的天线包括一块介质基板[1]，介质基板[1]的一侧印制有金属接地板[2]，介质基板[1]的另一侧印制有辐射单元[3]和馈电单元[5]，其中：

a.辐射单元[3]为正六边形，在辐射单元[3]的圆心偏下部的位置刻了一个C型槽[4]，C型槽[4]为未闭合的环；b.辐射单元[3]与馈电单元[5]直接相连；c.金属接地板[2]为梯形金属贴片。

本发明可以通过改变C型槽[4]的长度，改变谐振频率，使陷波的中心频率变化，使陷波的频率下移或上移。

本发明所述的金属接底板[2]采用直线的渐变线，用于阻抗匹配，增加工作带宽。

本发明所述的馈电单元[5]为微带馈电，即馈电形式采取微带馈电形式。

本发明所述的介质板[1]的相对介电常数(εr)为2～8，其介电损耗角正切(tgδ)不大于10^-3。

本发明的具有陷波特性的超宽带平面单极子天线，其中的超宽带特性由辐射单元决定，陷波特性由辐射单元中的C形槽决定。

本发明所述的辐射单元除了可采用正六边形形状外，还可采用正八边形以及其他具有超宽带特性的辐射单元形式。辐射单元的尺寸可以根据具体需要进行调整。

正六边形辐射单元C型槽的长度和宽度改变，可以改变谐振频率，使陷波的中心频率变化，使陷波的频率下移或是上移。

因此，所选用的天线辐射单元不仅限于正六边形结构，还可以选择正八边形以及其他具有超宽带特性的辐射单元形式。在这些形式的超宽带天线上开C形槽，均可实现陷波特性。

辐射单元中C形槽的位置及形状可以变更为正方形、梯形等其他形状，长度也可根据陷波频率进行相应的调整，从而实现频率的上下移动。

本发明不但具有良好的超宽带特性，满足超宽带通信系统的需求，还具有陷波特性，能够消除和其他窄带无线通信系统的相互影响，而且，天线的陷波频率可以通过改变C形槽的长度来调节，即具有陷波可调性，因此可以满足一些特殊场合的应用；本发明整体尺寸小，重量轻，低损耗，适合移动小型化设备使用，而且结构简单，满足平面设计的要求，便于与有源电路集成，制作成本低廉、精度高、重复性好，便于批量生产，特别是对于外形具有类似正六边形形状的设备，可以很好的与之进行共形设计，具有非常好的发展前景。

本发明所述的天线既可用于接收，也可用于发射无线电波。在军事方面，可用作电子侦察、电子干扰、电磁防护及探地雷达等超宽带无线设备的终端天线。在民用方面，可作为短程超宽带(UWB)通信的基站天线，以及家用无线通信超宽带天线等。

附图说明

附图1是本发明天线的示意图。左图为正视图，右图为侧视图，其中1为介质基板，2为金属接地板，3为辐射单元，4为C型槽，5为馈电单元。

附图2是附图1中天线的S11曲线。

附图3是附图1中天线的电压驻波系数曲线。

附图4是附图1中天线在相关频率上的方向图，其中：

图4(a)为天线在2GHz频率上的方向图；

图4(b)为天线在4.5GHz频率上的方向图；

图4(c)为天线在6GHz频率上的方向图；

图4(d)为天线在10GHz频率上的方向图。

图5为本发明实施例的天线的尺寸图，其中上左图为正视图，上右图为侧视图，下图为后视图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

实施例。

本实施例的天线结构如图5所示，尺寸单位均为mm。其中：基片尺寸为85×42×0.5(L₁×W₁×H)；正六边形的辐射单元对角尺寸D为37；C型槽的尺寸为3.6×8.6(L₃×W₃)；C型槽的(环)的未闭合尺寸W₄为1.4；C型槽的槽宽W₅为0.3；馈电单元尺寸为50.5×1.36(L₂×W₂)；C型槽的上边到正六边形下边的距离L₄为8.1；正六边形下边到基片的下边距离L₂为50.5；梯形金属接地板的上边W₆为8，其斜边高L₅为8；斜边下端到正六边形下边的距离L₆为42。

本实施例天线S11曲线，电压驻波系数曲线(VSWR)以及方向图结果如图2～图4所示。

Claims

1.一种具有陷波特性的超宽带单极子天线，包括一块介质基板[1]，介质基板[1]的一侧印制有金属接地板[2]，介质基板[1]的另一侧印制有辐射单元[3]和馈电单元[5]，其特征是：

a.辐射单元[3]为正六边形，在辐射单元[3]的圆心偏下部的位置刻了一个C型槽[4]，C型槽[4]为未闭合的环；

b.辐射单元[3]与馈电单元[5]直接相连；

c.金属接地板[2]为梯形金属贴片。

2.根据权利1所述的天线，其特征是改变C型槽[4]的长度，以改变谐振频率和陷波的中心频率。

3.根据权利1所述的天线，其特征是金属接底板[2]采用了直线的渐变线。

4.根据权利要求1所述的天线，其特征是馈电单元[5]为微带馈电；

5.根据权利要求1所述的天线，其特征是介质板[1]的相对介电常数为2～8，其介电损耗角正切不大于10^-3。

6.根据权利要求1所述的天线，其特征是所述的辐射单元为正八边形。