CN103219593B - 一种采用短路引线的平面超宽带滤波天线 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种采用短路引线的平面超宽带滤波天线，包括双面PCB电路板，所述双面PCB电路板包括PCB底层结构和PCB顶层结构，所述PCB底层结构中心开设有缝隙，在所述缝隙的左右两边分别设有地板和发射器，所述地板与发射器之间形成一对用于产生谐振模式以提供宽带匹配的楔形结构；所述PCB顶层结构上设有馈电电路，所述馈电电路由一条50Ω微带馈线和一个过孔组成，所述微带馈线通过过孔与发射器相连接。本发明的平面超宽带滤波天线解决了传统天线频带窄的问题，克服了一些超宽带天线尺寸大，带内带外特性不好的缺点，能够满足小型化、宽带化的要求。

Description

一种采用短路引线的平面超宽带滤波天线
技术领域
本发明涉及一种超宽带单极子天线，尤其是一种采用短路引线的平面超宽带滤波天线，属于无线通信领域。
背景技术
无线通信技术的迅速发展，使得各种电子设备都在朝着小型化和宽带化发展，而作为无线通信技术桥梁和空中接口，也必然朝着这个方向发展。传统的天线是由一个固定元件构成，屏蔽性不好，集成度不高，尺寸大，频带较窄，这些因素导致了传统天线已经无法满足未来的无线通信需求。因此，小型宽带天线的研究成为一个重要的课题。
随着超宽带通信技术理论的提出和发展，作为超宽带通信技术的重要组成部分，超宽带天线的技术越来越成熟。超宽带天线具有超宽频带，解决了传统窄带天线由于频带过窄导致多副天线之间相互干扰的问题。但是不少超宽带天线尺寸较大，难以满足小型系统的要求。小型系统对天线的另一个要求是全向辐射。因此，小型全向辐射特性、低成本、可集成的超宽带天线具有积极的研究意义。目前比较常用的小型宽带天线有超宽带偶极子/单子、缝隙天线。
据调查与了解，已经公开的现有技术如下：
2008年，褚庆昕和杨颖颖在《自然科学报》上发表题为“一种小型平面陷波超宽带天线”，采用了共面波导馈电，并用C型槽作为陷波结构，实现陷波功能，抑制了超宽带系统与窄带系统间潜在的干扰，该结构如图1所示。
2010年，Jyoti R.Panda等人在2010Annual IEEE India Conference上发表题为“AWide-band Monopole Antenna in Combination with a UWB Microwave Band-pass Filter forApplication in UWB Communication System”中，采用了超宽带滤波器作为馈电电路，可以改善天线的性能，并且该天线结构可以用作宽带阻抗匹配电路，用来改善天线的带内特性，该结构如下图2所示。
但是，上述两种现有技术只能采用固定的天线结构来实现陷波功能和改善天线的带内特性两者其中之一的功能，并不能同时实现，而且不利于人们根据实际需要进行选择。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述现有技术的缺陷，提供了一种体积小，全向辐射，频带宽，能够满足小型化、宽带化要求的采用短路引线的平面超宽带滤波天线。
本发明的目的可以通过采取如下技术方案达到：
一种采用短路引线的平面超宽带滤波天线，包括双面PCB电路板，其特征在于：所述双面PCB电路板包括PCB底层结构和PCB顶层结构，所述PCB底层结构中心开设有缝隙，在所述缝隙的左右两边分别设有地板和发射器，所述地板与发射器之间形成一对用于产生谐振模式以提供宽带匹配的楔形结构；所述PCB顶层结构上设有馈电电路，所述馈电电路由一条50Ω微带馈线和一个过孔组成，所述微带馈线通过过孔与发射器相连接。
作为一种优选方案，还包括两根1/2波长的短路引线，所述两根1/2波长的短路引线平行连接在所述地板与发射器之间。
作为一种优选方案，还包括两根1/4波长的短路引线，所述两根1/4波长的短路引线分别与微带馈线并联。
作为一种优选方案，在所述发射器上设有可在通带内产生三个陷波的三根槽线。
本发明相对于现有技术具有如下的有益效果：
1、本发明的平面超宽带滤波天线，解决了传统天线频带窄的问题，克服了一些超宽带天线尺寸大，带内带外特性不好的缺点，能够满足小型化、宽带化的要求。
2、本发明的平面超宽带滤波天线采用过孔馈电，通过楔形结构可以产生两个谐振模式，形成一个超宽带通带，同时，可以引入四根短路引线改变电流分配，实现带外滚降特性，并且可以引入三根槽线在通带内产生三个陷波，满足通信系统中对多频带的要求。
3、本发明的平面超宽带滤波天线具有体积小，全向辐射，频带宽的特点，可以将地板的长度延长，这样不仅改善了天线增益，同时也使增益和方向更加稳定。
附图说明
图1为第一种现有技术的结构示意图。
图2为第二种现有技术的结构示意图。
图3为本发明实施例1平面超宽带滤波天线的结构示意图。
图4为本发明实施例2平面超宽带滤波天线的结构示意图。
图5a-5b为本发明实施例2平面超宽带滤波天线在两个谐振频率下的电流分配图。
图6为本发明实施例3平面超宽带滤波天线的结构示意图。
图7为本发明实施例1～实施例3平面超宽带滤波天线的|S11|参数仿真结果图。
图8为本发明实施例4平面超宽带滤波天线的结构示意图。
图9a-9b为本发明实施例4平面超宽带滤波天线在两个谐振频率下的电流分配图。
图10为本发明实施例3与实施例4平面超宽带滤波天线的|S11|参数仿真结果图。
图11a-11b为本发明实施例3在两个谐振频率下的仿真结果方向图。
图12a-12b为本发明实施例4在两个谐振频率下的仿真结果方向图。
图13为本发明实施例5平面超宽带滤波天线的结构示意图。
图14为本发明实施例5平面超宽带滤波天线的仿真结果图。
具体实施方式
实施例1：
如图3所示，本实施例的平面超宽带滤波天线，包括双面PCB电路板，所述双面PCB电路板包括PCB底层结构和PCB顶层结构，所述PCB底层结构中心开设有缝隙1，在所述缝隙的左右两边分别设有地板2和发射器3，所述地板2与发射器3之间形成一对楔形结构；所述PCB顶层结构上设有馈电电路，所述馈电电路由一条50Ω微带馈线4和一个过孔5组成，所述微带馈线4通过过孔5与发射器3相连接，该天线结构记为A型结构。
所述A型结构中，采用一对楔形结构可以产生两个谐振模式，提供宽带匹配，改善回波损耗。
实施例2：
如图4所示，本实施例的平面超宽带滤波天线，在A型结构的基础上，设置两根1/2波长的短路引线6，所述两根1/2波长的短路引线6平行连接在所述地板2与发射器3之间，该天线结构记为B型结构。
所述B型结构中，由于两根1/2波长的短路引线6将地板2与发射器3连接起来，相当于提供了两个跨槽加载，这两个加载对超宽带天线的带外产生影响。
如图5a-5b所示，分别为B型结构4.5GHz(超宽带天线低频带)和9.5GHz(超宽带天线高频带)的电流分配，两个高低谐振频率共同构成了整个超宽带频段的阻抗匹配网络，可以看出两根1/2波长短路引线改善了低频带的增益，而并没改善高频带的增益，而是略微减小了，这主要是因为电流的流动方向的影响，同向增加，反向就减小。
实施例3：
如图6所示，本实施例的平面超宽带滤波天线，在B型结构的基础上，设置两根1/4波长的短路引线7，所述两根1/4波长的短路引线7分别与微带馈线4并联，该天线结构记为C型结构。
如图7所示，可以看出C型结构比B型结构在高截止频率有更好的频率选择性，这是因为这对1/4波长的短路线相当于一个低通滤波器，所以C型结构在高、低截止频率附近都有滚降特性，使整个超宽带天线具有很好的频率选择性。另外，还可以看出A型结构、B型结构都有两个发射零点f1、f2，f2＝2*f1，通过控制f1可以控制f2，当发射器的宽度等于在频率f1下的1/4波长时，该单极子天线具有最好的谐振条件；而C型结构由四个反射零点，多加的两个零点是由一对1/4波长短路线产生，与A型结构、B型结构相比，C型结构的3dB带宽较窄，但是10dB带宽要宽，所以C型结构具有更宽的工作频带。
实施例4：
如图8所示，本实施例的平面超宽带滤波天线，在C型结构的基础上，将地板2的长度延长，同时延长微带馈线4，使微带馈线5与地板2相适应，原地板长度＝11.6mm，延长后地板长度＝30.6mm。
如图9a-9b所示，分别为C型结构地板长度延长后4.5GHz(超宽带天线低频带)和9.5GHz(超宽带天线高频带)的电流分配，电流主要是在滤波天线上流动，尤其是在楔形结构区域，而且在楔形结构区域的边界上电流密度最大，为天线提供了宽带辐射性能。
如图10所示，延长地板长度后的C型结构与原来的C型结构相比，可以看出对通带影响很小，但增益增加了，而且更加稳定。
如图11a-11b所示，分别为C型结构4.5GHz的E平面和8GHz的E平面，如图12a-12b所示，分别为C型结构地板长度延长后4.5GHz的H平面和8GHz的H平面；经过对比后可以看出C型结构地板长度延长后的方向图更加稳定，因此延长地板可以改善和稳定天线的增益和方向。
实施例5：
如图13所示，本实施例的平面超宽带滤波天线，在A型结构的基础上，在所述发射器3上设置三根槽线8，可以产生三个陷波，该天线结构记为D型结构。
如图14所示，可以看出三根槽线8产生的三个陷波，主要是为了防止其他系统的特定频段对超宽带天线系统产生干扰。
实施例6：
本实施例的平面超宽带滤波天线主要特点是：在B型结构或C型结构的基础上，在所述发射器3上设置三根槽线8，不仅可以改善天线的带内带外特性，也实现了陷波的功能，其余同实施例5。
以上所述，仅为本发明优选的实施例，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明所公开的范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都属于本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种采用短路引线的平面超宽带滤波天线，包括双面PCB电路板，其特征在于：所述双面PCB电路板包括PCB底层结构和PCB顶层结构，所述PCB底层结构中心开设有缝隙(1)，在所述缝隙的左右两边分别设有地板(2)和发射器(3)，所述地板(2)与发射器(3)之间形成一对用于产生谐振模式以提供宽带匹配的楔形结构；所述PCB顶层结构上设有馈电电路，所述馈电电路由一条50Ω微带馈线(4)和一个过孔(5)组成，所述微带馈线(4)通过过孔(5)与发射器(3)相连接；
所述滤波天线还包括两根1/2波长的短路引线(6)和两根1/4波长的短路引线(7)，所述两根1/2波长的短路引线(6)平行连接在所述地板(2)与发射器(3)之间；所述两根1/4波长的短路引线(7)分别与微带馈线(4)并联。
2.根据权利要求1所述的一种采用短路引线的平面超宽带滤波天线，其特征在于：在所述发射器(3)上设有可在通带内产生三个陷波的三根槽线(8)。
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