CN102723601A - 一种采用宽阻带电磁带隙结构的超宽带双陷波贴片天线 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种采用宽阻带电磁带隙结构的超宽带双陷波贴片天线，包括：宽阻带电磁带隙结构和超宽带双陷波贴片天线，宽阻带电磁带隙结构由多个多过孔电磁带隙单元通过周期排列组合而成，包括方形金属贴片、金属化过孔、中心圆形通孔、方形介质基板和金属地板；超宽带双陷波贴片天线包括带有П形槽线和开口环形槽线的组合槽线的椭圆形金属贴片、微带线、天线接地部分、矩形介质基板和同轴线；带有П形槽线和开口环形槽线的组合槽线的椭圆形金属贴片、微带线以及天线接地部分处于同一平面，制作在矩形介质基板上，实现超宽带双陷波性能。本发明利用多过孔电磁带隙结构的宽阻带性能减小天线顶向和后向辐射，改善天线全向辐射性能。

Description

一种采用宽阻带电磁带隙结构的超宽带双陷波贴片天线

技术领域

本发明涉及一种微波通信领域的天线，特别是涉及一种采用宽阻带电磁带隙结构的超宽带双陷波贴片天线。

背景技术

目前，超宽带短距离无线通信以其成本低廉、传输数据速率高、发射功率低等优点成为一大研究热点。但是,由于宽带通信系统工作频带内还存在其他诸如2.4GHz（2.405-2.485GHz）工业、科学和医用频段，无线局域网(IEEE802.11aWLAN,5.15-5.825GHz)等频段,为了抑制超宽带系统与窄带系统之间潜在的干扰，通常需要在超宽带系统内引入带阻滤波器滤除窄带干扰，但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得宽带天线在两个频段(2.405-2.485GHz、5.15-5.825GHz)范围内同时产生阻带，即具有所谓的双陷波功能。

根据目前检索发现，不少发明都通过在辐射体上嵌入缝隙的方法设计了具有陷波特性的超宽带天线,但是绝大多数都是仅仅针对于无线局域网(5.15-5.825GHz)一个频段形成单陷波特性。如专利号为200680013917.9，专利名称为《具有带阻特性的超宽带天线》的中国专利，该专利提出了一种具有单个陷波特性，应用于超宽带通信的天线。该天线由带有枝节的椭圆单极子组成，并由微带线馈电。在椭圆单极子上开有一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。又如专利号为201020590352.4，专利名称为《一种阻带带宽可控的超宽带陷波天线》的中国专利，使用两个缝隙实现一个阻带，并让两个缝隙相隔四分之一波长，组成了2阶的带阻滤波器，可以在5.15-5.35GHz频率范围内产生阻带。以上专利均未对天线辐射方向图进行改善。

发明内容

本发明所要解决的技术问题：提供一种采用宽阻带电磁带隙结构的超宽带双陷波贴片天线，使得天线在2.4GHz和5.8GHz两个频点产生陷波，从而减弱干扰，同时采用宽阻带电磁带隙结构减小天顶方向和后向辐射，改善天线的全向辐射性能。

本发明采用的技术方案：一种采用宽阻带电磁带隙结构的超宽带双陷波贴片天线，包括：宽阻带电磁带隙结构和超宽带双陷波贴片天线，具体的：

所述的宽阻带电磁带隙结构具有平行的电磁带隙结构第一表面和电磁带隙结构第二表面，所述的宽阻带电磁带隙结构包括：周期排布的多个多过孔电磁带隙单元、中心圆形通孔和金属地板，所述的金属地板位于电磁带隙结构第二表面；该多过孔电磁带隙单元包括方形金属贴片、若干个金属化过孔和方形介质基板；所述的多过孔电磁带隙单元呈中心对称方形结构，所有的金属化过孔半径均相等，其中一个金属化过孔位于方形金属贴片中心，其它金属化过孔均布于方形金属贴片中心周围；电磁带隙结构第一表面和电磁带隙结构第二表面之间为所述的方形介质基板，所述的方形介质基板厚度为电磁带隙结构第一表面和电磁带隙结构第二表面高度差，所述的方形金属贴片周期排布在电磁带隙结构第一表面上，

所述的超宽带双陷波贴片天线具有平行的矩形介质基板第一表面和矩形介质基板第二表面，所述的超宽带双陷波贴片天线包括带有П形槽线和开口环形槽线的组合槽线的椭圆形金属贴片、微带线、天线接地部分、矩形介质基板和同轴线；矩形介质基板第一表面和矩形介质基板第二表面之间为矩形介质基板，矩形介质基板厚度为矩形介质基板第一表面和矩形介质基板第二表面高度差，带有П形槽线和开口环形槽线的组合槽线的椭圆形金属贴片、微带线以及天线接地部分位于矩形介质基板第一表面，同轴线内导体与微带线连接，同轴线外导体与天线接地部分连接；所述的椭圆形金属贴片位于矩形介质基板第一表面中心区域，椭圆形金属贴片上开有П形槽线和开口环形槽线的组合槽线，椭圆形金属贴片长轴平行于矩形介质基板的长边；所述的微带线平行于矩形介质基板的长边，位于矩形介质基板的中心线位置，所述的微带线一端与椭圆形金属贴片长轴方向一端相接，所述的微带线另外一端与同轴线内导体连接；所述的天线接地部分包括两个相同的矩形金属贴片，矩形金属贴片对称分布于微带线两侧；所述的П形槽线位于椭圆形金属贴片上，并关于椭圆形金属贴片的长轴对称，其开口朝向椭圆形金属贴片与微带线连接处；所述的开口环形槽线位于椭圆形金属贴片上，呈开口圆环结构，并关于椭圆形金属贴片长轴对称，开口环形槽线的环心位于П形槽线横臂中心和椭圆形金属贴片与微带线连接处之间，开口朝向椭圆形金属贴片与微带线连接处；所述的矩形介质基板垂直于所述的方形介质基板，所述的矩形介质基板宽边与所述的电磁带隙结构第一表面的对角线方向平行，所述的电磁带隙结构第一表面中心位于所述的矩形介质基板纵向中轴线上；

所述的中心圆形通孔位于所述的宽阻带电磁带隙结构中心，同轴线穿过所述的中心圆形通孔对超宽带双陷波贴片天线进行馈电，同轴线外导体与所述的金属地板连接。

进一步的，所述的同轴线外导体与所述的金属地板焊接。

进一步的，所述的金属化过孔为五个，五个金属化过孔半径均相等，其中一个金属化过孔位于方形金属贴片中心，其它四个金属化过孔分别位于和方形金属贴片同几何中心的小正方形的四个顶点处。

本发明的一种采用宽阻带电磁带隙结构的超宽带双陷波贴片天线的技术方案，具有以下有益效果：

（1）、本发明的一种采用宽阻带电磁带隙结构的超宽带双陷波贴片天线采用共面波导馈电，继承了传统贴片天线体积小，重量轻，便于集成的优点。

（2）、本发明的一种采用宽阻带电磁带隙结构的超宽带双陷波贴片天线，能够实现超宽带双陷波结构，有效滤除2.4GHz和5.8GHz频点存在的窄带干扰。

（3）、本发明的一种采用宽阻带电磁带隙结构的超宽带双陷波贴片天线采用宽阻带电磁带隙结构，能够减小天线顶向和后向辐射，有效改善天线全向性辐射性能。

附图说明

图1为本发明实施例示意图；

图2A为本发明超宽带双陷波贴片天线的俯视示意图；

图2B为本发明超宽带双陷波贴片天线的侧视示意图；

图3A为本发明多过孔电磁带隙单元的俯视示意图；

图3B为本发明多过孔电磁带隙单元的侧视示意图；

图4A为本发明宽阻带电磁带隙结构的整体俯视示意图；

图4B为本发明宽阻带电磁带隙结构的整体侧视示意图；

图5为本发明实施例的宽阻带电磁带隙结构的反射相位仿真曲线；

图6为本发明实施例的采用宽阻带电磁带隙结构的超宽带双陷波贴片天线的驻波比仿真曲线；

图7为本发明实施例的采用普通金属地板的超宽带双陷波贴片天线的E面方向图；

图8为本发明实施例的采用电磁带隙结构的超宽带双陷波贴片天线的E面方向图；

图9为本发明实施例的采用普通金属地板的超宽带双陷波贴片天线的H面方向图；

图10为本发明实施例的采用电磁带隙结构的超宽带双陷波贴片天线的H面方向图；

其中，附图标记：

1：矩形介质基板；

2：椭圆形金属贴片；

3：П形槽线；

4：开口环形槽线；

5a：天线接地部分a；

5b：天线接地部分b；

6：微带线；

7：方形金属贴片；

8：金属化过孔；

9：方形介质基板；

10：金属地板；

11：中心圆形通孔；

W1：矩形介质基板宽度；

L1：矩形介质基板长度；

H1：矩形介质基板厚度；

R2：椭圆形金属贴片长轴长度；

L31：П形槽线横臂长度；

L32：П形槽线竖臂长度；

W3：П形槽线宽度；

R41：开口环形槽线内径；

R42：开口环形槽线外径；

W51：天线接地部分宽度；

W52：天线接地部分与微带线间隙；

L5：天线接地部分长度；

W6：微带线宽度；

L6：微带线长度；

W7：方形金属贴片边长；

L8：位于中心的金属化过孔与其它四个金属化过孔间距；

R8：金属化过孔半径；

W9：多过孔电磁带隙单元边长；

H9：方形介质基板厚度；

R11：中心圆形通孔半径；

W121：宽阻带电磁带隙结构整体边长；

W122：方形金属贴片间隙宽度。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。

如图1所示，超宽带双陷波贴片天线垂直立于宽阻带电磁带隙结构的第一表面。矩形介质基板1宽边与电磁带隙结构第一表面的对角线方向平行，电磁带隙结构第一表面中心位于矩形介质基板1纵向中轴线上。

超宽带双陷波贴片天线采用单面覆铜的印制电路板材，通过制版技术制作而成。具体较佳实施例，矩形介质基板1长度L1为56毫米，宽度W1为50毫米，厚度H1为1.5367毫米，介电常数为4.47。如图2A和2B所示，带有П形槽线3和开口环形槽线4的组合槽线的椭圆形金属贴片2、微带线6以及天线接地部分5a和5b均位于矩形介质基板1的第一表面，同轴线内导体与微带线6焊接，同轴线外导体与天线接地部分5a和5b焊接。具体较佳实施例，微带线6平行于矩形介质基板1的长边，关于椭圆形金属贴片2长轴所在直线对称，微带线6一端与椭圆形金属贴片2长轴方向的一端相接，另外一端与同轴线内导体连接。具体较佳实施例，微带线6宽度W6为2毫米，长度L6为17.4毫米。天线接地部分5a和5b为关于微带线6对称分布的两相同矩形金属贴片，具体较佳实施例，天线接地部分5a和5b长度L5为23.5毫米，宽度W51为16.5毫米，与微带线6的间隙W52为0.5毫米。椭圆形金属贴片2位于矩形介质基板1第一表面中心区域，椭圆形金属贴片2上开有П形槽线3和开口环形槽线4的组合槽线，椭圆形金属贴片2长轴平行于矩形介质基板1的长边。具体较佳实施例，椭圆形金属贴片2长轴长度R2为24毫米，短轴长度为21.6毫米，椭圆形金属贴片2中心位于所在矩形介质基板1平面中心偏上4.35毫米处。П形槽线3位于椭圆形金属贴片2上，并关于椭圆形金属贴片2的长轴对称，开口朝向椭圆形金属贴片2与微带线连接6处。具体较佳实施例，П形槽线3横臂长度L31为12.6毫米，竖臂长度L32为13毫米，槽宽W3为0.6毫米，横臂几何中心位于椭圆形金属贴片2中心偏上6.3毫米处。开口环形槽线4位于椭圆形金属贴片2上，呈开口圆环结构，并关于椭圆形金属贴片2长轴对称，开口环形槽线4环心位于П形槽线3横臂中心和椭圆形金属贴片2与微带线6连接处之间，开口朝向椭圆形金属贴片2与微带线6连接处。具体较佳实施例，开口环形槽线4中心位于椭圆形金属贴片2中心偏下8.35毫米处，内径R41为2.5毫米，外径R42为2.9毫米，即开口环形槽线4宽度为0.4毫米，开口环形槽线4开口宽度为2毫米。

多过孔电磁带隙单元采用双面覆铜的印制电路板材，通过制版技术制作而成。如图3A和3B所示，多过孔电磁带隙单元的方形金属贴片7通过五个金属化过孔8与金属地板10相连，五个金属化过孔8半径相等，其中一个金属化过孔8位于单元中心，其它四个分别位于和方形金属贴片7同心的小正方形的四个顶点处。具体较佳实施例，方形金属贴片7边长W7为14毫米，金属化过孔半径R8为0.5毫米，位于中心的金属化过孔8与其它四个金属化过孔8间距L8为2毫米。

如图4A和4B所示，宽阻带电磁带隙结构由7×7个多过孔电磁带隙单元通过周期排列组合而成，具有平行的电磁带隙结构第一表面和电磁带隙结构第二表面。其中电磁带隙结构第一表面周期排布有方形金属贴片7，具体较佳实施例，贴片间隙宽度W122为0.25毫米。金属地板10位于宽阻带电磁带隙结构第二表面，电磁带隙结构第一表面和电磁带隙结构第二表面之间为方形介质基板9，方形介质基板厚度为电磁带隙结构第一表面和电磁带隙结构第二表面高度差，具体较佳实施例，方形介质基板9和金属地板10边长均为宽阻带电磁带隙结构整体边长，宽阻带电磁带隙结构整体边长W121为99.75毫米，方形介质基板9厚度H9为1.524毫米，介电常数为4.47。宽阻带电磁带隙结构中心开有一个中心圆形通孔11，同轴线穿过中心圆形通孔对超宽带双陷波贴片天线进行馈电。具体较佳实施例，中心通孔半径R11为2毫米。同轴外导体和电磁带隙结构的金属地板10焊接。

如图5所示具体实施例宽阻带电磁带隙结构禁带中心频率为4GHz，阻带范围为3.8GHz-4.2GHz；

如图6所示具体实施例天线工作频率范围为2.1-8GHz，其中2.4GHz和5.8GHz频点对应的驻波比大于8，具有双陷波特性。

图7-10为超宽带双陷波贴片天线的辐射方向图仿真结果（4GHz）。

如图7所示，采用普通金属地板的超宽带双陷波贴片天线在天顶方向附近的最大增益为2.2dB，后向附近的最大增益为0.9dB；如图8所示，采用宽阻带电磁带隙结构的超宽带双陷波贴片天线在天顶方向附近最大增益为-2.6dB，后向附近的最大增益为0dB。对比E面方向图可见，采用宽阻带电磁带隙结构可同时减少天线在天顶和后向附近的辐射。

如图9所示，采用普通金属地板的超宽带双陷波贴片天线的最大增益与最小增益差值为4.8dB；如图10所示，采用宽阻带电磁带隙结构的超宽带双陷波贴片天线的最大增益与最小增益差值为1.6dB。对比H面方向图可见，采用宽阻带电磁带隙结构的天线全向辐射性能更优。

由上述本发明较佳实施例可知，应用本发明的优点为：该天线具有超宽工作宽带，带有的双陷波结构能滤除2.4GHz和5.8GHz工作频点的窄带干扰，且宽阻带电磁带隙结构能够减少天线在天顶和后向附近的辐射，改善天线全向辐射性能。

Claims (3)

1.一种采用宽阻带电磁带隙结构的超宽带双陷波贴片天线，其特征在于包括：宽阻带电磁带隙结构和超宽带双陷波贴片天线，具体的：

所述的宽阻带电磁带隙结构具有平行的电磁带隙结构第一表面和电磁带隙结构第二表面，所述的宽阻带电磁带隙结构包括：周期排布的多个多过孔电磁带隙单元、中心圆形通孔（11）和金属地板（10），所述的金属地板（10）位于电磁带隙结构第二表面；该多过孔电磁带隙单元包括方形金属贴片（7）、若干个金属化过孔（8）和方形介质基板（9）；所述的多过孔电磁带隙单元呈中心对称方形结构，所有的金属化过孔（8）半径均相等，其中一个金属化过孔位于方形金属贴片（7）中心，其它金属化过孔均布于方形金属贴片（7）中心周围；电磁带隙结构第一表面和电磁带隙结构第二表面之间为所述的方形介质基板（9），所述的方形介质基板（9）厚度为电磁带隙结构第一表面和电磁带隙结构第二表面高度差，所述的方形金属贴片（7）周期排布在电磁带隙结构第一表面上；

所述的超宽带双陷波贴片天线具有平行的矩形介质基板第一表面和矩形介质基板第二表面，所述的超宽带双陷波贴片天线包括带有П形槽线（3）和开口环形槽线（4）的组合槽线的椭圆形金属贴片（2）、微带线（6）、天线接地部分、矩形介质基板（1）和同轴线；矩形介质基板第一表面和矩形介质基板第二表面之间为矩形介质基板（1），矩形介质基板（1）厚度为矩形介质基板第一表面和矩形介质基板第二表面高度差，带有П形槽线和开口环形槽线的组合槽线的椭圆形金属贴片（2）、微带线（6）以及天线接地部分位于矩形介质基板第一表面，同轴线内导体与微带线（6）连接，同轴线外导体与天线接地部分连接；所述的椭圆形金属贴片（2）位于矩形介质基板第一表面中心区域，椭圆形金属贴片（2）上开有П形槽线和开口环形槽线的组合槽线，椭圆形金属贴片（2）长轴平行于矩形介质基板（1）的长边；所述的微带线（6）平行于矩形介质基板（1）的长边，位于矩形介质基板（1）的中心线位置，所述的微带线（6）一端与椭圆形金属贴片（2）长轴方向一端相接，所述的微带线（6）另外一端与同轴线内导体连接；所述的天线接地部分包括两个相同的矩形金属贴片（5a、5b），矩形金属贴片对称分布于微带线（6）两侧；所述的П形槽线（3）位于椭圆形金属贴片（2）上，并关于椭圆形金属贴片（2）的长轴对称，其开口朝向椭圆形金属贴片（2）与微带线（6）连接处；所述的开口环形槽线（4）位于椭圆形金属贴片（2）上，呈开口圆环结构，并关于椭圆形金属贴片（2）长轴对称，开口环形槽线（4）的环心位于П形槽线（3）横臂中心和椭圆形金属贴片（2）与微带线（6）连接处之间，开口朝向椭圆形金属贴片（2）与微带线（6）连接处；所述的矩形介质基板（1）垂直于所述的方形介质基板（9），所述的矩形介质基板（1）宽边与所述的电磁带隙结构第一表面的对角线方向平行，所述的电磁带隙结构第一表面中心位于所述的矩形介质基板（1）纵向中轴线上；

所述的中心圆形通孔（11）位于所述的宽阻带电磁带隙结构中心，同轴线穿过所述的中心圆形通孔（11）对超宽带双陷波贴片天线进行馈电，同轴线外导体与所述的金属地板（10）连接。

2.根据权利要求1所述的一种采用宽阻带电磁带隙结构的超宽带双陷波贴片天线，其特征在于：所述的同轴线外导体与所述的金属地板（10）焊接。

3.根据权利要求1所述的一种采用宽阻带电磁带隙结构的超宽带双陷波贴片天线，其特征在于：所述的金属化过孔（8）为五个，五个金属化过孔半径均相等，其中一个金属化过孔位于方形金属贴片（7）中心，其它四个金属化过孔分别位于和方形金属贴片（7）同几何中心的小正方形的四个顶点处。

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