CN102570021B - 带三角形槽陷波超宽带天线 - Google Patents
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Abstract
带三角形槽陷波超宽带天线，涉及一种超宽带天线。提供一种尺寸较小、带宽较宽、回波损耗较低、增益与辐射效率较高、结构简单、具有全向辐射特性与陷波功能的带三角形槽陷波超宽带天线。设有基板，在基板的正面上印制有带三角形槽的倒置梯形振子体和微带线，在基板的背面印制有三角形导体带和三阶阶梯形接地面；所述倒置梯形振子体的上边和基板的上边缘齐平；三角形槽放置在倒置梯形振子体中，倒置梯形振子体的底边接微带线，微带线延伸至基板的下边沿；基板背面的下端为一个三阶梯状的接地面，接地面与倒置梯形振子体之间有间隙；基体背面的上端设有一个三角形导体带，三角形的一个顶点位于基板背面上边缘中点位置。
Description
技术领域
本发明涉及一种超宽带天线，尤其是涉及一种在梯形振子体上开槽并添加陷波单元的超宽带天线。
背景技术
超宽带(UWB)无线通信是一种短距离大容量无线通信方式，它实现了短距离内超带宽、高速的数据传输。针对超宽带通信应用，对天线设计也提出了新的技术要求，一般地，UWB天线应具有：超宽带、稳定的辐射模式增益、一致的群时延、高辐射效率等特点，而低剖面小型化是当前超宽带天线的发展方向。
美国联邦通信委员会(FCC)指定3.1～10.6GHz频段用于UWB通信。然而，其中的5.15GHz～5.85GHz频带与WLAN和HIPERLAN/2的重叠，这将严重影响UWB系统。所以具有陷波或称带阻功能的超宽带天线成为当前研究热点，以抑制可能产生干扰的频段。但目前陷波天线的陷落频带往往过宽，或抑制频带的准确度不高。
超宽带陷波功能实现有一下几种方式：就振子体而言，通常实现超宽带天线的陷波功能有两种方法：一是通过开槽和开孔，二是通过增加天线的寄生单元。两者都是通过改变天线辐射体上的电流分布来阻断特定频段的电磁波辐射。就馈电结构而言，是利用具有带阻滤波特性的微带线或共面波导，开槽或者开孔的方法通常是在天线结构中添加1/2波长谐振槽或1/4波长短截线，使之具有阻带特性。另外一种通过添加寄生单元的方法抑制相关频段的方法也有不少学者研究。如通过在椭圆形槽中添加一寄生微带线，改变其位置、长度和宽度，实现了不同的阻带特性，可以成功阻断了可能干扰的频段。Kim J等人(Kim J.Choes，Lee J.W.S.2GHz Notched Ultra-wideband Antenna Using Slot-type SRR[J].Electronics Letters，2006，42(6)：315-316)在2006年通过在背面添加圆环的形式成功抑制了在2GHz附近的频带，并且抑制能力达到了15dB以上。2007年Krittaya Chawanonphithak(Krittaya Chawanonphithak，C.Phongcharoenpanich.5.8GHz Notched UWB Bidirectional Elliptical Ring Antenna Excited byCircular Monopole with Curved Slot[C].Microwave Conference，2007.APMC 2007.Asia-Pacific，2007：1-4)结合开槽与添加寄生单元的方法，在圆盘印制单极子超宽天线上开一非封闭式的圆环，并在圆盘周围加一个圆环作为寄生单元，5.63～5.88GHz频段得到很好的抑制，并且抑制频段精确，但是由于其圆环寄生单元过大，天线的尺寸不满足小型化的要求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种尺寸较小、带宽较宽、回波损耗较低、增益与辐射效率较高、结构简单、具有全向辐射特性与陷波功能的带三角形槽陷波超宽带天线。
本发明设有基板，在基板的正面上印制有带三角形槽的倒置梯形振子体和微带线，在基板的背面印制有三角形导体带和三阶阶梯形接地面；所述倒置梯形振子体的上边和基板的上边缘齐平；三角形槽放置在倒置梯形振子体中，倒置梯形振子体的底边接微带线，微带线延伸至基板的下边沿；基板背面的下端为一个三阶梯状的接地面，接地面与倒置梯形振子体之间有间隙；基体背面的上端设有一个三角形导体带，三角形的一个顶点位于基板背面上边缘中点位置。
所述基板可采用双面敷铜介质基板，所述双面敷铜介质基板可采用型号为F4BK-2的双面敷铜介质基板，基板的长度为30±0.1mm，宽度为30±0.1mm，厚度为1.5mm；敷铜介质基板的相对介电常数εr为2.65。
所述倒置梯形振子体居中设置在基板正面上；所述倒置梯形振子体的上边长度可为30±0.1mm，底边长度可为16±0.1mm，高度可为16±0.1mm；三角形槽的底边长可为8±0.1mm，高可为8±0.1mm；微带线长度可为14±0.1mm，宽度可为4±0.1mm。
所述三角形槽可为等腰三角形槽，所述等腰三角形槽正向居中放置在倒置梯形振子体中，所述等腰三角形槽的顶点位于基板正面的上边缘的中点位置。
所述三角形导体带可采用等腰三角形导体带，所述等腰三角形导体带的宽度可为1.5±0.1mm，底边长可为24±0.1mm；三阶梯形接地面，其第一阶梯的长可为30mm±0.1mm，高可为12.8mm±0.1mm；第二个阶梯长可为22mm±0.1mm，高可为2mm±0.1mm；第三个阶梯的长可为14mm±0.1mm，高可为2mm±0.1mm，三阶梯均居中放置。
与常规印制超宽带天线相比较，本发明具有以下突出的优点和显著的效果：
尺寸小、带宽大、辐射特性好、增益高，结构简单，生产成本低。其驻波系数小于0.2的阻抗带宽范围为：2.80～11.76GHz，阻抗带宽比都达到4.2∶1，满足FCC规定的UWB频带要求。
附图说明
图1为本发明实施例的带三角形槽陷波超宽带天线的正面结构示意图。
图2为本发明实施例的带三角形槽陷波超宽带天线的反面结构示意图。
图3为本发明实施例的电压驻波比(VSWR)性能图。在图3中，横坐标表示频率Frequency(GHz)，纵坐标表示电压驻波比VSWR(dB)，曲线a为仿真结果(simulation)，曲线b为实测结果(measurement)。
图4为本发明实施例的在频率为4、7、10GHz时的yoz面方向图。
图5为本发明实施例的在频率为4、7、10GHz时的xoz面方向图。
在图4和5中，曲线a为f＝10GHz，曲线b为f＝4GHz，曲线c为f＝7GHz。
具体实施方式
以下结合实施例和附图对本发明作进一步说明。
参见图1和2，本发明实施例设有基板1，在基板1的正面上印制有带三角形槽3的倒置梯形振子体2和微带线4，在基板1的背面印制有三角形导体带6和三阶阶梯形接地面5；所述倒置梯形振子体2的上边和基板1的上边缘齐平；三角形槽3放置在倒置梯形振子体2中，倒置梯形振子体2的底边接微带线4，微带线4延伸至基板1的下边沿；基板1背面的下端为一个三阶梯状的接地面5，接地面5与倒置梯形振子体2之间有间隙；基体1背面的上端设有一个三角形导体带6，三角形的一个顶点位于基板1背面上边缘中点位置。
所述基板1采用型号为F4BK-2的双面敷铜介质基板，基板的长度为30±0.1mm，宽度为30±0.1mm，厚度为1.5mm；敷铜介质基板的相对介电常数εr为2.65。
所述倒置梯形振子体居中设置在基板正面上；所述倒置梯形振子体的上边长度可为30±0.1mm，底边长度可为16±0.1mm，高度可为16±0.1mm；三角形槽的底边长可为8±0.1mm，高可为8±0.1mm；微带线长度可为14±0.1mm，宽度可为4±0.1mm。
所述三角形槽可为等腰三角形槽，所述等腰三角形槽正向居中放置在倒置梯形振子体中，所述等腰三角形槽的顶点位于基板正面的上边缘的中点位置。
所述三角形导体带可采用等腰三角形导体带，所述等腰三角形导体带的宽度可为1.5±0.1mm，底边长可为24±0.1mm；三阶梯形接地面，其第一阶梯的长可为30mm±0.1mm，高可为12.8mm±0.1mm；第二个阶梯长可为22mm±0.1mm，高可为2mm±0.1mm；第三个阶梯的长可为14mm±0.1mm，高可为2mm±0.1mm，三阶梯均居中放置。
三阶梯形接地面5是敷在介质基板的背面，其第一阶梯的长为30mm±0.1mm，高为12.8mm±0.1mm，第二个阶梯长为22mm±0.1mm，高为2mm±0.1mm，第三个阶梯的长为14mm±0.1mm，高为2mm±0.1mm，三阶梯均居中放置。三角形导体带6的顶点位于介质基板背面宽边的中点位置，边长为24±0.1mm，导体带的宽度为1.5±0.1mm。
图3给出本发明实施例的电压驻波比(VSWR)性能图。从图3可以看出，陷波天线的整个工作频段为2.91～9.54GHz，其中VSWR大于3的频段为5.09～5.82GHz，故能在整个工作频段上实现部分频段抑制。
参见图4，由图4中可见，工作频率为4、7、10GHz时在yoz平面上，即E面上的方向图，近似为“∞”形，天线有两个瓣，在±y方向上辐射最弱，在±z方向上辐射场最强。两个瓣基本上覆盖了大部分角度，所以本发明具有全向辐射特性。
参见图5，由图5中可见，工作频率为4、7、10GHz时在xoz平面即H面是的方向图，在低频时近似于全向辐射特性，随频率的升高，方向图在±x方向会向内压缩。
从天线回波损耗(S11)性能图可以看出，天线已经覆盖了3.05～12.81GHz频带，达到了美国联邦通信委员会(FCC)对于天线的要求。从天线不同频率的方向图可以看出，天线具有全向辐射特性。
Claims (8)
1.带三角形槽陷波超宽带天线，其特征在于设有基板，在基板的正面上印制有带三角形槽的倒置梯形振子体和微带线，在基板的背面印制有三角形导体带和三阶阶梯形接地面；所述倒置梯形振子体的上边和基板的上边缘齐平；三角形槽放置在倒置梯形振子体中，倒置梯形振子体的底边接微带线，微带线延伸至基板的下边沿；基板背面的下端为一个三阶梯状的接地面，接地面在基板正面的投影与倒置梯形振子体之间有间隙；基体背面的上端设有一个三角形导体带，三角形的一个顶点位于基板背面上边缘中点位置；
微带线长度为14±0.1mm，宽度为4±0.1mm；
所述三角形槽为等腰三角形槽，所述等腰三角形槽正向居中放置在倒置梯形振子体中，所述等腰三角形槽的顶点位于基板正面的上边缘的中点位置。
2.如权利要求1所述的带三角形槽陷波超宽带天线，其特征在于所述基板采用双面敷铜介质基板。
3.如权利要求1或2所述的带三角形槽陷波超宽带天线，其特征在于所述基板的长度为30±0.1mm，宽度为30±0.1mm，厚度为1.5mm；敷铜介质基板的相对介电常数εr为2.65。
4.如权利要求1所述的带三角形槽陷波超宽带天线，其特征在于所述倒置梯形振子体居中设置在基板正面上。
5.如权利要求1或4所述的带三角形槽陷波超宽带天线，其特征在于所述倒置梯形振子体的上边长度为30±0.1mm，底边长度为16±0.1mm，高度为16±0.1mm。
6.如权利要求1所述的带三角形槽陷波超宽带天线，其特征在于所述三角形槽的底边长为8±0.1mm，高为8±0.1mm。
7.如权利要求1所述的带三角形槽陷波超宽带天线，其特征在于所述三角形导体带采用等腰三角形导体带；所述等腰三角形导体带的宽度为1.5±0.1mm，底边长为24±0.1mm。
8.如权利要求1所述的带三角形槽陷波超宽带天线，其特征在于所述三阶梯形接地面，所述三阶梯形接地面的第一阶梯的长为30mm±0.1mm，高为12.8mm±0.1mm；第二个阶梯的长为22mm±0.1mm，高为2mm±0.1mm；第三个阶梯的长为14mm±0.1mm，高为2mm±0.1mm，三阶梯均居中放置。
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