CN103855466A - 一种具有窄陷波带宽的三阻带超宽带天线 - Google Patents

一种具有窄陷波带宽的三阻带超宽带天线 Download PDF

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Abstract

该发明公开了一种具有窄陷波带宽的三阻带超宽带天线，包括矩形绝缘介质基板、下层金属接地板及上层金属贴片；在辐射单元及接地板部分设置有凹槽，所以该天线能工作在2.95-14.98GHz的频率范围内，并且在3.40-3.62GHz、5.12-5.36GHz和5.69-5.84GHz三个频段内实现陷波功能。该天线成本低、结构简单、性能优良并且能够满足短距离通信和超宽带通信的。

Description

一种具有窄陷波带宽的三阻带超宽带天线
技术领域
本发明涉及无线通信中的天线技术领域，特别涉及短距离通信与超宽带天线。
背景技术
超宽带通信技术由于其宽工作频带（3.1-10.6GHz）、低传输功率（低于-41.3dBm）、高数据传输速率和强抗干扰能力，是一种非常好的近距离无线通信技术。然而，考虑到超宽带通信系统的工作频段内还存在诸如无线局域网（WLAN:5.15-5.35GHz、5.725-5.825GHz）、全球微波互联网络（WiMAX：3.4-3.6GHz）等其他窄带通信系统，从系统兼容与频谱复用的角度出发，除了采用各种信号处理技术提高频谱利用效率以外，通常需要在超宽带系统内加入带阻滤波器来滤除窄带信号，但这不仅增大了系统的复杂度，同时还增加了设计成本。一种简单而有效的方法就是使超宽带天线在这些较窄频段内呈现较大的反射系数，即具有所谓的“陷波功能”而呈现收发“钝态”，以降低天线在重叠频段内的发射能力或接收灵敏度，而常规的超宽带天线难以满足这一要求。因此，具有陷波功能的小型平面超宽带天线已经成为近年来的一个热门研究课题。
《电子快报》杂志（Electron.lett.,vol.47,no.1,Jan.2011,pp.9-11）介绍了一种锯齿形地板超宽带天线，该天线能完全覆盖超宽带通信需要的3.1-10.6GHz的频率范围，但是没有对频带内的窄带频段进行陷波处理，因此不满足短距离通信和超宽带通信的需求。
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.4,Apr.2012,pp.2071-2076）介绍了一种具有较窄阻带的双陷波超宽带天线，该天线工作频段不仅覆盖了3.1-10.6GHz，而且在中心频率分别为5.25GHz和5.775GHz两个频段内实现了陷波，但是没有滤除全球微波互联网络（WiMAX：3.4-3.6GHz）的信号，因此不能满足短距离通信和超宽带通信的需求。
国际电子电气工程师协会《天线与传播》杂志（IEEE Antennas Wireless Propag.Lett.,vol.9,Dec.2010,pp.1148–1151）介绍了一种小型化双阻带平面超宽带天线，该天线工作频段不仅覆盖了3.1-10.6GHz，而且在3.3-3.8GHz、5.1-6GHz形成了两个阻带，但是同时也滤除了5.35-5.725GHz这个频段内的信号，因此不能满足短距离通信和超宽带通信的需求。
鉴于上述问题，需要一种具有窄陷波带宽的三阻带超宽带天线，满足带宽足够宽、具有较窄陷波带宽、体积小、成本低且易于集成的优点。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺失与不足，提供一种成本低、结构简单、性能优良并且能够满足短距离通信和超宽带通信的具有窄陷波带宽的三阻带超宽带天线，该天线能工作在2.95-14.98GHz的频率范围内，并且在3.40-3.62GHz、5.12-5.36GHz和5.69-5.84GHz三个频段内实现陷波功能。
本发明采用如下技术方案：一种具有窄陷波带宽的三阻带超宽带天线，包括矩形绝缘介质基板1、下层金属接地板4及上层金属贴片，整个天线结构沿介质基板轴线对称。
其特征在于上层金属贴片由彼此相连的扇形金属贴片3和矩形金属贴片2构成，矩形金属贴片2为微带线，其一窄边位于绝缘介质基板1的窄边位置；扇形金属贴片3为辐射单元，其与矩形金属贴片2相连接的边为直边，且此直边长度大于矩形金属贴片2的宽度。
扇形金属贴片3上设置有凹槽，三个非封闭的矩形环槽呈倒品字形布置,靠近微带线2的矩形环槽6在其远离微带线2的一边中心处有开口；两个矩形环槽靠近微带线2的边通过一直槽连接,相连矩形环槽5上相邻的边上均设有临近直槽的开口。
下层金属接地板4为长方形接地板，其两短边位于绝缘介质基板1的宽边，一长边与绝缘介质基板1的窄边重合；金属接地板4靠近绝缘介质基板1中部的位置设有一个向内凹陷的矩形开口；金属接地板4上设有一U形槽7，U形槽7的转折处均为直角，开口正对向内凹陷的矩形开口。
其中所有凹槽内不含金属材料。
本发明天线采用单端口馈电，介质基板上部微带线和介质基板下部的接地板共同构成馈电端口。金属接地板部分设置的矩形开口，此结构能增加谐振点个数，以此来提高天线带宽，实现超宽带工作特性。金属接地板部分设置的U形槽，以实现对全球微波互联网络的较高频（WLAN:5.725-5.825GHz）的抑制。辐射单元采用扇型结构来增加电流的有效路径，能有效地减小天线尺寸，实现天线小型化。辐射单元上设置的凹槽，以实现对全球微波互联网络（WiMAX：3.4-3.6GHz）和全球微波互联网络的较低频（WLAN:5.15-5.35GHz）的抑制作用。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：整个天线采用双面敷铜介质基板制作而成，整体结构可以利用传统PCB或LTCC技术实现加工，成本低廉。在辐射单元及接地板部分设置凹槽，不仅降低天线在WiMAX和WLAN频段内的发射能力或接收灵敏度，而且不会对其他有用信号造成抑制，从而提高了整个超宽带通信系统的性能。
附图说明
图1为本发明天线结构正面示意图；
图2为本发明天线结构背面示意图；
图3为本发明天线结构侧面示意图；
图4为本发明天线实施例的VSWR（电压驻波比）图。
附图标号说明：1.绝缘介质基板，2.矩形金属贴片，3.扇形金属贴片，4.金属接地板，5.相连矩形环槽，6.矩形环槽，7.U形槽。
具体实施方式
以下以具体实施例对本发明的结构和效果作进一步详细描述。
如图1所示，本发明包括介质基板1、矩形金属贴片微带线2、扇形金属贴片辐射单元3和金属接地板4，整个天线结构沿轴线对称。介质基板1长l=31mm，宽w=26mm，厚度h=1.5mm，介质基板材料为聚四氟乙烯，介电常数为2.65。矩形金属贴片微带线2长ls=14.2mm，宽ws=4.1mm，采用微带方式馈电，介质基板上部微带线和介质基板下部的接地板共同构成馈电端口。金属接地板4设有的矩形口，改善了天线匹配，提高了天线性能，其中h1=3.1mm，w1=4.4mm。扇形金属贴片3为辐射单元，其中lr=14.7mm，wr=2.2mm，扇形面的角度为70。。扇形金属贴片3上刻蚀有凹槽，分别对全球微波互联网络（WiMAX：3.4-3.6GHz）和无线局域网的较低频（WLAN:5.15-5.35GHz）实现陷波。其中相连矩形环槽5的凹槽宽度为0.2mm，横向长枝节为11.7mm，横向短枝节为3.4mm，纵向长枝节为4.2mm，纵向短枝节为3.4mm；矩形环槽6的凹槽宽度为0.1mm，横向长枝节为5.7mm，短枝节为2.4mm，纵向枝节为4.9mm。金属接地板4上刻蚀的U形槽的凹槽宽度为0.2mm，U型槽的横向枝节为0.9mm，纵向枝节为8.7mm，对无线局域网的较高频频段（WLAN:5.725-5.825GHz）实现陷波功能。
该天线的VSWR（电压驻波比）参数如图4所示，分别在3.40-3.62GHz、5.12-5.36GHz和5.69-5.84GHz三个频段内实现陷波特性，同时在2.95GHz～14.98GHz的其他频段天线VSWR（电压驻波比）小于2。
综上所述，本发明结构简单，易于加工，且天线特性优良，非常适合短距离通信与超宽带系统的应用。

Claims (1)

1.一种具有窄陷波带宽的三阻带超宽带天线，包括矩形绝缘介质基板（1）、下层金属接地板（4）及上层金属贴片，整个天线结构沿介质基板轴线对称；
其特征在于上层金属贴片由彼此相连的扇形金属贴片（3）和矩形金属贴片（2）构成，矩形金属贴片（2）为微带线，其一窄边位于绝缘介质基板（1）的窄边位置；扇形金属贴片（3）为辐射单元，其与矩形金属贴片（2）相连接的边为直边，且此直边长度大于矩形金属贴片（2）的宽度；
扇形金属贴片（3）上设置有凹槽，三个非封闭的矩形环槽呈倒品字形布置,靠近微带线（2）的矩形环槽（6）在其远离微带线（2）的一边中心处有开口；两个矩形环槽靠近微带线（2）的边通过一直槽连接,相连矩形环槽（5）上相邻的边上均设有临近直槽的开口；
下层金属接地板（4）为长方形接地板，其两短边位于绝缘介质基板（1）的宽边，一长边与绝缘介质基板（1）的窄边重合；金属接地板（4）靠近绝缘介质基板（1）中部的位置设有一个向内凹陷的矩形开口；金属接地板（4）上设有一U形槽（7），U形槽（7）的转折处均为直角，开口正对向内凹陷的矩形开口；
其中所有凹槽内不含金属材料。
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