CN103151610A - 一种小型化不对称平面超宽带天线 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种小型化不对称平面超宽带天线。其结构为：在介质板的正面设置有用导电介质构成的月牙形辐射单元和与辐射单元相连接的由细变粗的微带馈电单元，在绝缘介质板的背面设置有导电介质构成的矩形接地单元。矩形接地单元的上边缘与位于介质板正面的辐射单元的下边缘在背面的投影位置相距0.1mm。本发明具有结够简单，尺寸小，制造成本低，易于批量生产等优点。

Description

一种小型化不对称平面超宽带天线

技术领域

本发明涉及一种小型化平面超宽带天线，特别涉及一种小型化不对称平面超宽带天线，主要用于UWB通信系统。

背景技术

2002年美国联邦通信委员会(FCC)宣布将3.1～10.6GHz频段划归民用，应用于室内通信、高速无线LAN、家庭网络、无绳电话、安全检测、位置测定等领域。超宽带(UWB，Ultra Wideband)通信是一种短距离的高速无线通讯方式，能在10米左右的范围内实现数百Mbit/s至数Gbit/s的数据传输速率，这种通讯方式比较适合在家庭内部或办公区域使用，市场应用前景非常广阔。与传统的窄带通信技术相比，UWB技术具有通信容量大、辐射功率密度低、抗多径干扰、定位性高和保密性好等特点。同时，人们对高速率数据通信的需求日益增强，给UWB的发展带来巨大机遇。

UWB天线的设计是超宽带通信的关键技术之一，由于UWB系统主要针对的是短距离高速无线通信，设备终端的小型化是必然趋势，这就对超宽带天线的小型化提出了更高的要求，所以UWB天线不仅需要具有较好的阻抗匹配和辐射特性，还需要具有平面结构和面积小等特点以利于系统集成。

发明内容

本发明的目的是提供一种尺寸小、平面化、结构简单、成本低，适用于超宽带无线通信的非对称超宽带天线。

本发明是这样构成的：

一种小型化不对称平面超宽带天线，由介质板、设置于介质板正面的由导电介质构成的辐射单元和微带馈电单元、以及设置于介质板背面的由导电介质构成的接地单元组成；

所述的导电介质为介质板表面的覆铜层：铜箔。

辐射单元的底部与微带馈电单元的顶部相连，使辐射单元与微带馈电单元合成为一个导电体；接地单元位于介质板的背面下部。

所述的辐射单元呈月牙形，它由一条半椭圆弧、一条半圆弧和一条直线合围而成。半椭圆弧和半圆弧在顶端相交，直线连接在半椭圆弧和半圆弧的底端之间。半椭圆弧和半圆弧的顶端的相交点重合于介质板顶端的一个侧边上，而直线也和所述的侧边相重合。

位于辐射单元下方的微带馈电单元的宽度由窄变宽，形成一直角梯形；直角梯形的高与介质板的上述同一侧边相重合，直角梯形的底边与介质板底端边缘重合。

微带馈电单元的特性阻抗也由窄边处的80欧姆逐渐减小至宽边处的50欧姆。

接地单元为矩形，接地单元的两个侧边和底边分别与介质板的两侧边和底端边缘重合，即接地单元覆盖了介质板下部的整个表面。

接地单元上边缘与位于介质板正面的辐射单元的下边缘在背面的投影相距一距离。

接地单元上边缘与位于介质板正面的辐射单元的下边缘在背面的投影相距的距离为0.1mm。

本发明的优点在于：

1.宽带特性：本发明的超宽带天线频率范围覆盖3.1～10.6GHz的超宽带工作频段，满足超宽带无线通信系统的要求。

2.天线面积很小，和相同性能的平面单极子天线相比，面积减小近70%，适用于对天线尺寸要求极高的超宽带通信系统中。

3.结构简单，整个天线为平面结构，易于系统集成，简单实用，可以印刷制作，性能一致性好，适用于批量生产。

附图说明

图1是本发明小型化不对称平面超宽带天线的顶层结构示意图；

图2是本发明小型化不对称平面超宽带天线的底层结构示意图；

图3是本发明小型化不对称平面超宽带天线的侧视结构示意图；

图4是本发明小型化不对称平面超宽带天线反射系数S₁₁的仿真和实际测试结果图；

在图1至图3中，1为介质板，2为辐射单元，2-1为半椭圆弧，2-2为半圆弧，2-3为直线，3为微带馈电单元，4为接地单元。

具体实施方式

附图为本发明的一个实施例示意图，以下结合附图说明：

图1～3中给出的是本发明的实施例：一种小型化平面超宽带天线，包括介质板1、设置于介质板1正面的由导电介质构成的辐射单元2和微带馈电单元3、以及设置于介质板1背面的由导电介质构成的接地单元4。其构成的形式即为通常所说的印刷电路板，所述的导电介质即为覆铜层：铜箔。辐射单元2与微带馈电单元3位于介质板1的同一表面上，所述的辐射单元2呈月牙形，它由一条半椭圆弧2-1、一条半圆弧2-2和一条直线2-3合围而成。半椭圆弧2-1和半圆弧2-2在顶端相交，直线连接在半椭圆弧2-1和半圆弧2-2的底端之间。半椭圆弧2-1和半圆弧2-2的顶端的相交点重合于介质板1顶端的一个侧边上，而直线2-3也和所述的侧边相重合。辐射单元2的底部与微带馈电单元3的顶部相连，使辐射单元2与微带馈电单元3合成为一个导电体。

位于辐射单元2下方的微带馈电单元3的宽度由窄变宽，形成一直角梯形，直角梯形的高与介质板1的上述同一侧边相重合，直角梯形的底边与介质板1底端边缘重合。它的特性阻抗也由窄边处的80欧姆逐渐减小至宽边处的50欧姆。本发明的超宽带天线，其中所述设置于介质板正面的微带馈电单元的宽度由窄变宽，其目的是使天线更好地与同轴馈线连接，减小连接处的反射。

接地单元4位于介质板1的背面上。接地单元4为矩形，接地单元4的两个侧边和底边分别与介质板1的两侧边和底端边缘重合。即接地单元4覆盖了介质板1下部的整个表面，接地单元4上边缘与位于介质板1正面的辐射单元2的下边缘在背面的投影相距一距离，在本发明的一个具体实施例中，相距的距离为0.1mm。

本发明的一个具体实施例中，采用的介质板是介电常数为4.2的玻璃纤维板，介质板的长度和宽度分别为39mm和19.5mm，厚度为0.762mm，通过印刷制版和腐蚀的方式分别在其正面形成辐射单元2和微带馈电单元3，在其背面形成接地单元4。其中，月牙形辐射单元2的椭圆弧半径分别为13.5mm和9mm，圆弧半径为7mm，月牙形的直边长度为4mm；呈直角梯形的微带馈电单元3的顶部为0.762mm，底部为1.8mm，高20.6mm；接地单元4高20.5mm，宽19.5mm。

图4是前述具体实施例的天线反射系数S11的仿真和实测结果，实测中采用Agilent E8363C网络分析仪。由图4可以看出，实测的工作频率范围(S₁₁<-10dB)为3.2～10.88GHz，仿真的工作频段范围大于实测的范围，仿真和测试数据表明本发明的天线确实实现了超宽带特性，天线基本可以在3.1～10.6GHz的超宽带工作频段内获得良好的阻抗匹配效果。

本发明的超宽带天线，为矩形介质板双面覆铜的印刷电路板。制作时，将其正面的月牙形辐射单元及微带馈电单元处的铜箔保留，其背面的接地单元处的铜箔保留，其余部分的铜箔去除。

本发明可以看作是沿对称天线的中心轴将原对称天线裁掉一半之后调节馈电单元和介质板得到的。本发明是非对称天线，它具有原来对称天线的全部尺寸结构，所以它在整个UWB频段的辐射特性和匹配特性都与原对称天线相似。

综上所述，本发明的小型化不对称平面超宽带天线在超宽带范围内具有良好的阻抗匹配特性，平坦的增益，非常适合超宽带信号的传输。该天线采用印刷结构，平面化，面积小，有利于加工制作和系统集成，适用于超宽带无线通信领域。

Claims (9)

1.一种小型化不对称平面超宽带天线，其特征在于：由介质板（1）、设置于介质板（1）正面的由导电介质构成的辐射单元（2）和微带馈电单元（3）、以及设置于介质板（1）背面的由导电介质构成的接地单元（4）组成。

2.如权利要求1所述的小型化不对称平面超宽带天线，其特征在于：所述的导电介质为介质板（1）表面的覆铜层：铜箔。

3.如权利要求2所述的小型化不对称平面超宽带天线，其特征在于：辐射单元（2）的底部与微带馈电单元（3）的顶部相连，使辐射单元（2）与微带馈电单元（3）合成为一个导电体；接地单元（4）位于介质板（1）的背面下部。

4.如权利要求3所述的小型化不对称平面超宽带天线，其特征在于：所述的辐射单元（2）呈月牙形，它由一条半椭圆弧（2-1）、一条半圆弧（2-2）和一条直线（2-3）合围而成；半椭圆弧（2-1）和半圆弧（2-2）在顶端相交，直线连接在半椭圆弧（2-1）和半圆弧（2-2）的底端之间；半椭圆弧（2-1）和半圆弧（2-2）的顶端的相交点重合于介质板（1）顶端的一个侧边上，而直线（2-3）也和所述的侧边相重合。

5.如权利要求3或4所述的小型化不对称平面超宽带天线，其特征在于：位于辐射单元（2）下方的微带馈电单元（3）的宽度由窄变宽，形成一直角梯形；直角梯形的高与介质板（1）的上述同一侧边相重合，直角梯形的底边与介质板（1）底端边缘重合。

6.如权利要求5所述的小型化不对称平面超宽带天线，其特征在于：微带馈电单元（3）的特性阻抗也由窄边处的80欧姆逐渐减小至宽边处的50欧姆。

7.如权利要求2或3所述的小型化不对称平面超宽带天线，其特征在于：接地单元（4）为矩形，接地单元（4）的两个侧边和底边分别与介质板（1）的两侧边和底端边缘重合，即接地单元（4）覆盖了介质板（1）下部的整个表面。

8.如权利要求7所述的小型化不对称平面超宽带天线，其特征在于：接地单元（4）上边缘与位于介质板（1）正面的辐射单元（2）的下边缘在背面的投影相距一距离。

9.如权利要求8所述的小型化不对称平面超宽带天线，其特征在于：接地单元（4）上边缘与位于介质板（1）正面的辐射单元（2）的下边缘在背面的投影相距的距离为0.1mm。

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