CN103311663B

CN103311663B - 带加载孔的高阶改进型树状分形超宽带陷波天线

Info

Publication number: CN103311663B
Application number: CN201310183259.XA
Authority: CN
Inventors: 游佰强; 迟语寒; 黄天赠; 周建华
Original assignee: Xiamen University
Current assignee: Xiamen University
Priority date: 2013-05-16
Filing date: 2013-05-16
Publication date: 2015-03-04
Anticipated expiration: 2033-05-16
Also published as: CN103311663A

Abstract

带加载孔的高阶改进型树状分形超宽带陷波天线，涉及一种超宽带天线。设介质基板和SMA接头；介质基板的上表面敷有上表面导体层，在上表面导体层上设有带圆形阵列孔加载的高阶树状分形贴片阵列，带圆形阵列孔加载的高阶树状分形贴片阵列是在高阶T形树状分形贴片的每个顶端加两条金属边，并在高阶T形树状分形的横向树枝的两端和中间添加一个相同尺寸的圆形孔洞，圆形孔洞为对称添加，直径为T形树枝宽度的80%，用于与高阶T形树状阵列产生电磁耦合；介质基板的下表面敷有下表面导体层，下表面导体层中间设一矩形缝隙结构；SMA接头与介质基板的上下表面导体层相连。尺寸适中、结构简单、阻抗带宽大、回波损耗低、增益高、有效抑制C波段。

Description

带加载孔的高阶改进型树状分形超宽带陷波天线

技术领域

本发明涉及一种超宽带天线，尤其涉及一种适用于须抑制C波段超宽带通信系统的高阶改进型树状分形超宽带陷波天线。

背景技术

超宽带（Ultra-WideBand,UWB）技术是目前研究的热门话题之一，特别是2002年FCC将3.1～10.6GHz频段规定为民用频段之后，受到国内外研究者的广泛关注。超宽带技术在通信领域、军事应用和雷达系统等诸多领域日益展现其优越的性能，具有广阔的应用前景。从上世纪90年代开始，为了适应无线通信技术的发展，超宽带天线的研究趋势为平面化和小型化，一些新型的超宽带平面天线不断涌现。同时，超宽带系统还存在与其它现有无线通信系统的兼容问题，如C波段卫星通信系统（工作频段3.7～4.2GHz）和WLANIEEE802.11a（工作频段5.15～5.825GHz）。因此，在超宽带中如何实现频带抑制并有效地防止系统间的相互干扰，成为超宽带天线设计的热点问题。

超宽带天线的研究取得了很多成果，但是目前主要是研究在WLAN802.11a系统（5.15～5.825GHz）的超宽带天线带阻性能，而非常少研究在C波段通信系统（3.7～4.2GHz）带阻性能，且天线的陷波频段比较盲目，没有能够精确抑制不需要的频段，影响了其他频段的使用。

微带缝隙天线结构简单，较容易获得全向辐射方向图，且具有相对微带贴片天线更大的带宽，使其在通信和雷达系统中有着广泛的应用。分形技术的主要特征是具有自相似性和空间填充性（分数维）,将分形思想应用于超宽带天线的设计中，能够缩减天线尺寸，增加工作带宽，实现天线的小型化和宽频带。因此基于分形技术的缝隙结构超宽带陷波天线的研究与设计，不但具有新颖性，而且有广阔的应用前景。

发明内容

本发明的目的在于提供一种尺寸适中、结构简单、阻抗带宽大、回波损耗低、增益高、有效抑制C波段（3.7～4.2GHz），可用于须抑制C波段超宽带通信系统的带加载孔的高阶改进型树状分形超宽带陷波天线。

本发明的频带范围为2.75～6.14GHz，相对带宽为76.3%，倍频带宽为2.23:1，陷波频段为3.68～4.23GHz，驻波比达到10.66，实现了C波段通信系统的陷波功能。

本发明设有介质基板和SMA接头；

所述介质基板的上表面敷有上表面导体层，在介质基板的上表面导体层上设有带圆形阵列孔加载的高阶树状分形贴片阵列，所述带圆形阵列孔加载的高阶树状分形贴片阵列是在高阶T形树状分形贴片的每个顶端加两条金属边，相当于将一条金属边折成一个凹形，并在高阶T形树状分形的横向树枝的两端和中间分别添加一个相同尺寸的圆形孔洞，所述圆形孔洞为对称添加，直径为T形树枝宽度的80%，用于与高阶T形树状阵列产生电磁耦合；所述介质基板的下表面敷有下表面导体层，所述下表面导体层中间设有一矩形缝隙结构，作为接地板；

所述SMA接头分别与介质基板的上表面导体层和下表面导体层相连。

所述上表面导体层可采用铜导电层或银导电层等,所述下表面导体层可采用铜导电层或银导电层等；所述介质基板的介电常数可为2～10，最好为4.4。

所述高阶T形树状阵列结构，其形成方法为在第一阶T形横向树枝两端分别加一个T形结构，以此类推，形成高阶T形树状阵列结构。

所述高阶T形树状阵列结构，其阶数可为2、3、4、5,…；典型值可取3；当取典型值时，形成的圆形孔洞为21个，圆形孔洞直径为1.6±0.3mm。

所述第一阶T形竖向树干的宽度与介质基板的高度的比值可为0.05～20。

所述第一阶T形竖向树干的高度可为6～10mm，典型值可取8mm。

除了所述第一阶T形竖向树干贴片外的贴片宽度为1.2～3.3mm，典型值可取2mm。

所述下表面导体层的矩形缝隙结构长边长度可为30～50mm，典型值可取36mm，宽边长度可为8～30mm，典型值可取15mm。

本发明可有效阻断超宽带通信可能产生干扰的频段，并且保证了其他频段的正常通信。

与常规超宽带天线相比，本发明具有如下优势：

将分形技术应用到辐射单元，与圆孔加载耦合技术相结合，通过系列技术的综合优化，实现了天线的小型化，能够很好地满足超宽带通信的要求。

由于采用了以上结构，此天线的频带范围为2.75～6.14GHz，相对带宽为76.3%，倍频带宽为2.23:1，陷波频段为3.68～4.23GHz，驻波比达到10.66，实现了C波段通信系统的陷波功能。

综上所述，本发明具有尺寸小、结构简单、带宽大、辐射特性好、可有效抑制干扰频段、受环境因素影响小、成本低及已集成等优点，可满足超宽带通信系统的要求。

附图说明

图1是本发明实施例的结构组成示意图。

图2是本发明实施例的主视结构示意图。

图3是本发明实施例的背视结构示意图。

图4是本发明实施例的左视结构示意图。

图5是本发明实施例的回波损耗（S11）性能图。在图5中，横坐标表示频率（GHz），纵坐标表示回波损耗强度（dB）。

图6是本发明实施例的H面方向图。在图6中，坐标为极坐标。

图7是本发明实施例的E面方向图。在图7中，坐标为极坐标。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明作进一步说明。

参见图1和图2，在图1中，标记1为介电常数为3.2、正切损耗为0.002的介质基板，其长为40mm，宽为32mm，高为1.5mm。在介质基板的上下两表面分别覆有上表面导电层和下表面导电层（材质为铜），上表面导体层2为带有圆形阵列孔3加载的三阶T形树状分形贴片阵列的覆铜层，其中第一阶T形竖向树干的水平宽度宽度和竖直长度分别为2.8±0.6mm和8±1mm，横向树枝的水平长度和竖直宽度分别为18±2mm和2mm±0.2mm；在第一阶T形横向树枝两端分别加一个T形结构，形成第二阶T形树结构，第二阶T形树结构竖向树干的水平宽度宽度和竖直长度分别为2±0.2mm和2±0.4mm，横向树枝的水平长度和竖直宽度分别为10±1mm和2±0.2mm；分别在第二阶T形横向树枝两端加一个T形结构，形成第三阶T形树结构，第三阶T形树结构竖向树干的水平宽度宽度和竖直长度分别为2±0.4mm和2±0.4mm，横向树枝的水平长度和竖直宽度分别为6±0.8mm和2±0.2mm；在三阶T形树状分形阵列结构的每个顶端加两条金属边形成8条金属边，每条金属边的横向宽度和竖向高度分别为2±0.2mm和2±0.2mm；在三阶T形树状分形的横向树枝的两端和中间分别添加一个相同尺寸的圆形孔洞，形成圆形阵列孔，圆形孔洞的直径为1.6±0.1mm。介质基板的下表面导体层4有中间有一矩形缝隙5的覆铜层，矩形缝隙的水平长度和竖直宽度分别为36±4mm和15±3mm，矩形缝隙下端与下表面导体层4下端距离为6±1mm，与下表面导体层4左右两侧距离均相等，都为2±0.2mm。本发明采用微带线馈电方式，所述第一阶T形竖向树干部分6即为特性阻抗为50Ω的微带线馈电。

图3给出本发明实施例的背视结构示意图。

参见图4，所述SMA接头7分别与高介电性能质基板的上表面导体层和下表面导体层相连。

参见图5，从图5中可以看出，仿真的回波损耗S₁₁-10dB的频带范围为2.75～6.14GHz，相对带宽为76.3%，倍频带宽为2.23:1，陷波频段为3.68～4.23GHz，实现了C波段通信系统的陷波功能。

参见图6与图7，图6为E面图，图7为H面图。从图6和7中可看出，本发明具有定向辐射特性。可以满足超宽带通信系统的要求。

表1给出本发明的制造加工误差对天线的影响特性。

表1

注：表中数据已有一定冗余，个参数之间有一定关联性，给出的是均衡特性，可根据需求特殊设计。

Claims

1.带加载孔的高阶改进型树状分形超宽带陷波天线，其特征在于设有介质基板和SMA接头；

所述介质基板的上表面敷有上表面导体层，在介质基板的上表面导体层上设有带圆形阵列孔加载的高阶树状分形贴片阵列，所述带圆形阵列孔加载的高阶树状分形贴片阵列是在高阶T形树状分形贴片的每个顶端加两条金属边，相当于将一条金属横边折成一个凹形，并在高阶T形树状分形的横向树枝的两端和中间分别添加一个相同尺寸的圆形孔洞，所述圆形孔洞为对称添加，直径为T形树枝宽度的80％，用于与高阶T形树状阵列产生电磁耦合；所述介质基板的下表面敷有下表面导体层，所述下表面导体层中间设有一矩形缝隙结构，作为接地板；

2.如权利要求1所述带加载孔的高阶改进型树状分形超宽带陷波天线，其特征在于所述上表面导体层采用铜导电层或银导电层,所述下表面导体层采用铜导电层或银导电层。

3.如权利要求1所述带加载孔的高阶改进型树状分形超宽带陷波天线，其特征在于所述介质基板的介电常数为2～10。

4.如权利要求3所述带加载孔的高阶改进型树状分形超宽带陷波天线，其特征在于所述介质基板的介电常数为4.4。

5.如权利要求1所述带加载孔的高阶改进型树状分形超宽带陷波天线，其特征在于所述高阶T形树状阵列结构，其形成方法为在第一阶T形横向树枝两端分别加一个T形结构，以此类推，形成高阶T形树状阵列结构。

6.如权利要求1所述带加载孔的高阶改进型树状分形超宽带陷波天线，其特征在于所述高阶T形树状阵列结构，其阶数为2、3、4、5,…。

7.如权利要求1所述带加载孔的高阶改进型树状分形超宽带陷波天线，其特征在于所述高阶T形树状阵列结构，其阶数为3，形成的圆形孔洞为21个，圆形孔洞直径为1.6±0.3mm。

8.如权利要求1所述带加载孔的高阶改进型树状分形超宽带陷波天线，其特征在于除了第一阶T形竖向树干贴片外的贴片宽度为1.2～3.3mm。

9.如权利要求8所述带加载孔的高阶改进型树状分形超宽带陷波天线，其特征在于除了第一阶T形竖向树干贴片外的贴片宽度为2mm。

10.如权利要求1所述带加载孔的高阶改进型树状分形超宽带陷波天线，其特征在于所述下表面导体层的矩形缝隙结构长边长度为30～50mm，宽边长度为8～30mm。

11.如权利要求10所述带加载孔的高阶改进型树状分形超宽带陷波天线，其特征在于所述下表面导体层的矩形缝隙结构长边长度为36mm，宽边长度为15mm。