CN103401065A

CN103401065A - 超带宽分集天线

Info

Publication number: CN103401065A
Application number: CN2013103302314A
Authority: CN
Inventors: 高鹏; 贺爽; 袁斌; 陈华; 王宁
Original assignee: University of Electronic Science and Technology of China
Current assignee: University of Electronic Science and Technology of China
Priority date: 2013-07-31
Filing date: 2013-07-31
Publication date: 2013-11-20

Abstract

本发明公开了一种具有带阻特性的超带宽分集天线。该超带宽分集天线，包括基板，所述基板上设置有第一金属辐射体、第二金属辐射体、接地板，所述接地板上设置有第一馈电端口、第二馈电端口，所述第一金属辐射体连接在第一馈电端口上，第二金属辐射体连接在第二馈电端口上，在第一金属辐射体上刻蚀第一矩形环状槽，在第二金属辐射体上刻蚀第二矩形环状槽，使5.5GHz电流主要集中分布于矩形环状槽周围，扼制了无线局域网WLAN信号的辐射和接受，可以使超带宽分集天线获得无线局域网WLAN的带阻特性，阻止5.15-5.9GHz频段的信号辐射和接收，避免WLAN信号对超宽带系统的干扰，适合在天线技术领域推广应用。

Description

超带宽分集天线

技术领域

本发明涉及天线技术领域，具体涉及一种超带宽分集天线。

背景技术

2002年2月，美国通信委员会（FCC）正式宣布将超宽带频段3.1-10.6GHz作为商用频段。此后超宽带通信技术由于其宽工作频带、低传输功率（低于-41.3dBm）、高数据传输速率和强抗干扰能力，在近距离无线通信技术中得到了广泛应用，然而，由于复杂的环境，多径衰落不可避免的影响了超宽带系统的性能。多输入多输出（MIMO）技术可以有效的解决上诉问题，MIMO技术包括空间分集、极化分集和方向图分集等多种方法，其中方向图分集能有效地利用不同的辐射方向图来提高链路稳定性，提高信号传输质量。天线作为实现超宽带通信的关键部件之一，在通信系统中具有举足轻重的作用。

然而，在超宽带频段内存在其他窄带通信系统，比如已被广泛使用无线局域网WLAN（5.15-5.35GHz和5.725-5.825GHz），其信号会严重干扰超宽带系统，为防止这些窄带系统对超宽带系统的干扰，设计的超宽带天线其本身需要有频带抑制功能，即带阻功能。因此，对一款具有带阻特性的分集天线需求迫在眉睫。

目前，所使用的分集天线主要有以下几种：

第一种，国际电子电气工程师协会《天线与传播》杂志（IEEE Trans.Antennas Propag.,vol.60,no.3,Mar.2012,pp.1596-1600）介绍了一种双端口超宽带环形槽天线，该天线尺寸为80*80mm²，其带宽覆盖了3.1-10.6GHz的频段，两端口之间的隔离度达到-15dB；

第二种，国际电子电气工程师协会《天线与传播》杂志（IEEE Trans.Antennas Propag.,vol.57,no.7,Apr.2009,pp.1597-1605）介绍了一种小型化高隔离度MIMO天线，该天线尺寸为37*45mm²，隔离度达到了-20dB，其带宽覆盖了3.1-5GHz的频段；

第三种，国际电子电气工程师协会《天线与传播》杂志（IEEE Antennas Wireless Propag.Lett.,vol.8,Nov.2009,pp.1279–1282）介绍了一种小型化高隔离度超宽带MIMO天线，该天线尺寸为35*40mm²，隔离度达到了-20dB，其带宽覆盖了3.1-10.6GHz的频段。

可以看出，现有的几种分集天线其带宽覆盖的频段大都在3.1-10.6GHz范围之内，而无线局域网WLAN频段5.15-5.35GHz和5.725-5.825GHz同样也能辐射和接受，因此，现有的分集天线不能满足带阻特性的要求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种具有带阻特性的超带宽分集天线。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：该超带宽分集天线，包括基板，所述基板上设置有第一金属辐射体、第二金属辐射体、接地板，所述接地板上设置有第一馈电端口、第二馈电端口，所述第一金属辐射体连接在第一馈电端口上，第二金属辐射体连接在第二馈电端口上，在第一金属辐射体上刻蚀第一矩形环状槽，在第二金属辐射体上刻蚀第二矩形环状槽。

进一步的是，所述第一馈电端口与第二馈电端口均为共面波导馈电端口，所述第一金属辐射体、第二金属辐射体的形状为阶梯型并且所述第一金属辐射体与第二金属辐射体成正交分布。

进一步的是，在接地板上设置第一凹槽并且在第一凹槽内设置第一微带馈线形成所述的第一馈电端口，第一金属辐射体连接在第一微带馈线上，在接地板上设置第二凹槽并且在第二凹槽内设置第二微带馈线形成所述的第二馈电端口，第二金属辐射体连接在第二微带馈线上。

进一步的是，所述接地板由L型板和圆弧板共同构成，圆弧板的两端分别与L型板的两个自由端相连，所述第一馈电端口、第二馈电端口分别设置在L型板的两个直角边上。

进一步的是，所述基板上设置矩形枝节形成谐振结构，所述矩形枝节从L型板的拐角处沿L型板的角平分线延伸。

进一步的是，所述第一馈电端口、第二馈电端口沿L型板的角平分线对称设置。

进一步的是，所述第一金属辐射体与第二金属辐射体沿L型板的角平分线对称设置。

进一步的是，所述基板采用FR-4材料制作而成，基板的介电常数为4.4。

本发明的有益效果：通过在第一金属辐射体上刻蚀第一矩形环状槽，在第二金属辐射体上刻蚀第二矩形环状槽，使5.5GHz电流主要集中分布于矩形环状槽周围，扼制了无线局域网WLAN信号的辐射和接受，可以使超带宽分集天线获得无线局域网WLAN的带阻特性，阻止5.15-5.9GHz频段的信号辐射和接收，避免WLAN信号对超宽带系统的干扰。

附图说明

图1是本发明超带宽分集天线的俯视图；

图2是本发明超带宽分集天线的侧视图；

图3是本发明超带宽分集天线的馈电端口和金属辐射体的结构图；

图4是本发明超带宽分集天线的矩形环状槽的结构图；

图5是由实施例得出的超带宽分集天线的S11和S22参数图；

图6是由实施例得出的超带宽分集天线的S12和S21参数图；

图中标记说明：基板1、第一金属辐射体21、第二金属辐射体22、接地板3、L型板31、圆弧板32、第一馈电端口41、第一凹槽411、第一微带馈线412、第二馈电端口42、第二凹槽421、第二微带馈线422、矩形枝节5、第一矩形环状槽61、第二矩形环状槽62。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明。

如图1所示，该超带宽分集天线，包括基板1，所述基板1上设置有第一金属辐射体21、第二金属辐射体22、接地板3，所述接地板3上设置有第一馈电端口41、第二馈电端口42，所述第一金属辐射体21连接在第一馈电端口41上，第二金属辐射体22连接在第二馈电端口42上，在第一金属辐射体21上刻蚀第一矩形环状槽61，在第二金属辐射体22上刻蚀第二矩形环状槽62。通过在第一金属辐射体21上刻蚀第一矩形环状槽61，在第二金属辐射体22上刻蚀第二矩形环状槽62，使5.5GHz电流主要集中分布于矩形环状槽周围，扼制了无线局域网WLAN信号的辐射和接受，可以使超带宽分集天线获得无线局域网WLAN的带阻特性，阻止5.15-5.9GHz频段的信号辐射和接收，避免WLAN信号对超宽带系统的干扰。。

为了拓展超带宽分集天线的带宽覆盖频段，所述第一馈电端口41与第二馈电端口42均为共面波导馈电端口，所述第一金属辐射体21、第二金属辐射体22的形状为阶梯型并且所述第一金属辐射体21与第二金属辐射体22成正交分布。分集天线采用双端口馈电，将第一馈电端口41、第二馈电端口42的馈电方式改为共面波导馈电，以满足50Ω匹配，可以使第一馈电端口41到第一金属辐射体21、第二馈电端口42到第二金属辐射体22之间达到更好的阻抗匹配从而拓展分集天线的带宽，同时将第一金属辐射体21、第二金属辐射体22的形状设置为阶梯型，有利于增加谐振点个数，拓展分集天线的带宽，并且将第一金属辐射体21与第二金属辐射体22成正交分布，可以使分集天线通过第一金属辐射体21、第二金属辐射体22向水平和垂直方向接收或者发射电磁波，可以进一步拓展分集天线的带宽。

在上述实施方式中，所述馈电端口的结构如下：在接地板3上设置第一凹槽411并且在第一凹槽411内设置第一微带馈线412形成所述的第一馈电端口41，第一金属辐射体21连接在第一微带馈线412上，在接地板3上设置第二凹槽421并且在第二凹槽421内设置第二微带馈线422形成所述的第二馈电端口42，第二金属辐射体22连接在第二微带馈线422上。

进一步的是，所述接地板3的结构可以根据实际情况而定，作为优选的方式是：所述接地板3由L型板31和圆弧板32共同构成，圆弧板32的两端分别与L型板31的两个自由端相连，所述第一馈电端口41、第二馈电端口42分别设置在L型板31的两个直角边上。这种结构的接地板3可以有效增加电流的有效路径，能有效地减小分集天线尺寸，实现分集天线小型化。

进一步的是，所述基板1上设置矩形枝节5形成谐振结构，所述矩形枝节5从L型板31的拐角处沿L型板31的角平分线延伸。在基板1上设置矩形枝节5形成谐振结构，可以改变第一馈电端口41、第二馈电端口42之间的电流路径，从而有效的改善了第一馈电端口41与第二馈电端口42的隔离度，提高了分集天线的隔离度，改善了分集天线的性能，从而克服复杂恶劣环境下的多径衰落提高整个通信系统的性能。

为了进一步提高分集天线的带宽覆盖频段范围，减小分集天线的尺寸，所述第一馈电端口41、第二馈电端口42沿L型板31的角平分线对称设置，所述第一金属辐射体21与第二金属辐射体22沿L型板31的角平分线对称设置，所述L型板31的角平分线与L型板31的两个边之间的夹角为45°。

另外，整个分集天线采用单面敷铜基板制作而成，整体结构可以利用传统PCB或LTCC技术实现加工，成本低廉为了保证分集天线的性能，所述基板1优选采用FR-4材料制作而成，基板1的介电常数为4.4。

实施例

如图1、2所示，基板1的长度l=50mm，宽度w=50mm，厚度hs=0.8mm，介质材料为FR-4，介电常数为4.4。

接地板3由L型板31和圆弧板32共同构成，L型板31的两个边的宽度为l1=8mm，圆弧板32的内半径r=36mm。

第一金属辐射体21与第二金属辐射体22采用相同的尺寸结构，具体尺寸参照图3所示，w1=10mm,h1=8mm,w2=1mm,h2=3mm。

第一馈电端口41与第二馈电端口42采用相同的尺寸结构，具体尺寸参照图3所示，第一微带馈线412、第二微带馈线422的长度均为l1+h=8mm+1mm=9mm，宽度均为wd=1mm，第一凹槽411、第二凹槽421的尺寸其中g2=0.3mm，第一馈电端口41与第二馈电端口42的安装位置相同距离L型板31的距离如图3所示，间距l2=30mm。

第一矩形环状槽61和第二矩形环状槽62采用相同的尺寸结构，具体尺寸参照图3和图4所示，g3=0.3mm，w3=5.8mm，w4=0.8mm，h3=4.25mm，h4=1mm。

矩形枝节5的尺寸如图1所示，l3=26.5mm，g1=3mm。

该分集天线设计完成后，经过实际仿真和测试，分集天线的S11和S22参数如图5所示，在3.1GHz～10.6GHz天线回波损耗小于-10dB，并且在5.15-5.9GHz处具有明显的带阻特性，同时S12和S21参数如图6所示，在整个工作频段都小于-15dB，具有很好的隔离度。本发明结构简单，易于加工，分集天线特性优良，非常适合具有带阻特性的超宽带频段MIMO系统的应用。

Claims

1.超带宽分集天线，包括基板（1），所述基板（1）上设置有第一金属辐射体（21）、第二金属辐射体（22）、接地板（3），所述接地板（3）上设置有第一馈电端口（41）、第二馈电端口（42），所述第一金属辐射体（21）连接在第一馈电端口（41）上，第二金属辐射体（22）连接在第二馈电端口（42）上，其特征在于：在第一金属辐射体（21）上刻蚀第一矩形环状槽（61），在第二金属辐射体（22）上刻蚀第二矩形环状槽（62）。

2.如权利要求1所述的超带宽分集天线，其特征在于：所述第一馈电端口（41）与第二馈电端口（42）均为共面波导馈电端口，所述第一金属辐射体（21）、第二金属辐射体（22）的形状为阶梯型并且所述第一金属辐射体（21）与第二金属辐射体（22）成正交分布。

3.如权利要求2所述的超带宽分集天线，其特征在于：在接地板（3）上设置第一凹槽（411）并且在第一凹槽（411）内设置第一微带馈线（412）形成所述的第一馈电端口（41），第一金属辐射体（21）连接在第一微带馈线（412）上，在接地板（3）上设置第二凹槽（421）并且在第二凹槽（421）内设置第二微带馈线（422）形成所述的第二馈电端口（42），第二金属辐射体（22）连接在第二微带馈线（422）上。

4.如权利要求3所述的超带宽分集天线，其特征在于：所述接地板（3）由L型板（31）和圆弧板（32）共同构成，圆弧板（32）的两端分别与L型板（31）的两个自由端相连，所述第一馈电端口（41）、第二馈电端口（42）分别设置在L型板（31）的两个直角边上。

5.如权利要求4所述的超带宽分集天线，其特征在于：所述基板（1）上设置矩形枝节（5）形成谐振结构，所述矩形枝节（5）从L型板（31）的拐角处沿L型板（31）的角平分线延伸。

6.如权利要求5所述的超带宽分集天线，其特征在于：所述第一馈电端口（41）、第二馈电端口（42）沿L型板（31）的角平分线对称设置。

7.如权利要求6所述的超带宽分集天线，其特征在于：所述第一金属辐射体（21）与第二金属辐射体（22）沿L型板（31）的角平分线对称设置。

8.根据权利要求1至7中任意一项权利要求所述的超带宽分集天线，其特征在于：所述基板（1）采用FR-4材料制作而成，基板（1）的介电常数为4.4。