CN103943950A - 一种融合槽线超宽带滤波单元的一体化超宽带天线 - Google Patents

Abstract

一种融合槽线超宽带滤波单元的一体化超宽带天线，由一个枝节加载槽线谐振单元和一个六边形贴片辐射单元级联构成；所述的六边形贴片辐射单元由一个梯形和矩形结合的六边形贴片主辐射单元和一个渐变的微带线构成；所述的枝节加载槽线谐振单元由一个两端连接阶跃阻抗单元的U形槽线谐振单元和三个加载的槽线枝节构成；其中，三枝节均匀分布在谐振器中，中间枝节末端连接槽线圆环贴片。本发明与传统超宽带滤波器相比，在保证电路体积的前提下，大大提高了超宽带天线的带外抑制特性；本发明有效地减小了天线在级联时所产生的反射和损耗，使整体性能得到了提高。本发明在不改变其馈线结构情况下，实现了超宽带的频率选择性。

Description

一种融合槽线超宽带滤波单元的一体化超宽带天线

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，涉及一种一体化超宽带天线。

背景技术

随着科技水平的不断发展和进步，超宽带系统因其传输速度快，安全性能高而备受关注。超宽带天线作为系统中的重要元件已经成为新的研究热点。按照美国通信委员会对超宽带天线工作频率范围的规定，其标准频带范围在3.1GHz-10.6GHz之间。但是，目前设计的超宽带天线中，许多天线的带宽并不是严格意义上的超宽带天线。为了得到标准的超宽带范围，因其极宽的频段覆盖范围，调整将会相对困难，而且也会增大天线的复杂度。同时，在极宽的带宽下，干扰信号必然也会通过天线，增大对系统的干扰。所以，为了解决这一问题，一般在天线的前端引入滤波元件。目前通过在天线前端额外引入滤波器元件，确实达到了抑制带外信号的效果，但是，这将以增大电路的体积和重量为代价，并不经济实用。因此，理想的方案便是引入具有滤波功能的单元，其谐振单元既不能改变原天线基本辐射结构，又不能增大整个电路的面积，同时实现天线的标准超宽带特性。在传统的设计中，一般的做法是不改变滤波器的结构参数，将他们直接级联，但是，由于滤波单元和贴片天线内部存在的反射和不匹配，将会大大影响一体化天线系统的性能。

发明内容

本发明提出一种融合槽线滤波单元的一体化超宽带天线。本发明采用一种枝节加载槽线谐振单元和一种六边形贴片辐射单元级联一体化的方法来设计一种融合槽线滤波单元的一体化超宽带天线。

本发明是通过以下技术方案实现的。

本发明所述的一种融合槽线超宽带滤波单元的一体化超宽带天线，由一个枝节加载槽线谐振单元和一个六边形贴片辐射单元级联构成。

本发明所述的六边形贴片辐射单元由一个梯形和矩形结合的六边形贴片主辐射单元和一个渐变的微带线构成。

本发明所述的枝节加载槽线谐振单元由一个两端连接阶跃阻抗单元的U形槽线谐振单元和三个加载的槽线枝节构成；其中，三枝节均匀分布在谐振器中，中间枝节末端连接槽线圆环贴片。

本发明所述的枝节加载槽线谐振单元的带宽为3.1GHz~10.6GHz。

本发明所述的梯形和矩形结合的六边形贴片主辐射单元（1）的带宽应覆盖超宽带频段范围（3.1GHz~10.6GHz），即最小带宽应达到7.5GHz,本发明采用的梯形和矩形结合的六边形贴片主辐射单元带宽为16GHz，频段范围为2.27GHz~18.18GHz。

本发明所述的渐变的微带线，在实现阻抗匹配的同时，还实现了一体化天线的设计，并相应地减少了电路尺寸。

本发明所述的枝节加载槽线谐振单元被蚀刻在一体化超宽带天线的接地面，充分利用了接地板的面积，并且实现了良好的超宽带特性。

本发明采用枝节加载槽线谐振单元和六边形贴片辐射单元的联合设计，降低由一体化天线系统内部的反射与不匹配带来的影响，提高系统性能。本发明将梯形和矩形结合的六边形贴片主辐射单元等效为具有一定反射系数的终端负载，并依此计算出天线-滤波单元的整体反射系数，根据在理想情况下，反射系数为零，即不产生反射时，给出系统所需要满足的条件，并依此条件对系统进行整体调整；枝节加载槽线谐振单元被蚀刻在一体化天线的地面，充分利用了接地板的面积。

本发明与现有技术相比的有益效果是，本发明与传统超宽带滤波器相比，在保证电路体积的前提下，大大提高了超宽带天线的带外抑制特性；一般传统的天线-滤波器联合设计中，先是将各单元独立设计优化，再直接进行级联，一方面使得射频电路的结构尺寸增大，另一方面由于单元间的互相影响使得级联后的总体性能恶化；而本发明采用一体化设计，将滤波单元蚀刻在一体化天线的接地面上，不会增加电路尺寸，同时，将梯形和矩形结合的六边形贴片主辐射单元看做为具有一定反射系数的终端负载，并把六边形贴片辐射单元和枝节加载槽线谐振单元看成是一个整体系统，对此系统的反射系数进行分析与调整，有效地减小了天线在级联时所产生的反射和损耗，使整体性能得到了提高。同时传统的一体化天线设计中，通过在馈线上面开槽，只能实现特定窄带频率陷波的效果，而本发明通过在接地面开槽，引入槽线超宽带滤波单元，而不改变其馈线结构，实现了超宽带的频率选择性。 

本发明适合微波超宽带天线使用。

附图说明

图1为本发明正面结构图。

图2为本发明背面结构图。

图3为未级联时梯形和矩形结合的六边形贴片主辐射单元的S₁₁（回波损耗）参数图。

图4为未级联时枝节加载槽线谐振单元的S₁₁（回波损耗）和S₂₁（插入损耗）参数图。

图5为本发明融合槽线超宽带滤波单元的一体化超宽带天线的S₁₁（回波损耗）参数图。

图中，1是六边形贴片主辐射单元；2为渐变的微带线；3是一体化超宽带天线的输入端口；5是一体化天线背面的接地面；7是U形槽线谐振单元；8和12是阶跃阻抗单元；6，9和11是槽线枝节；10是圆环贴片；4是介质板。  

具体实施方式

本发明将通过以下实施例作进一步说明。

本发明的具体实施方式如图1和图2所示。

融合槽线超宽带滤波单元的一体化超宽带天线，由一个枝节加载槽线谐振单元和一个六边形贴片辐射单元级联构成。六边形贴片辐射单元设置在介质板4的正面，枝节加载槽线谐振单元蚀刻在介质板4的背面；包括六边形贴片辐射单元、枝节加载槽线谐振单元和一体化超宽带天线的输入端口（以下简称输入端口）3组成。

六边形贴片辐射单元由一个梯形和矩形结合的六边形贴片主辐射单元（以下简称主辐射单元）1、和一个渐变的微带线2构成。渐变的微带线2呈“L”形，竖直部分的宽度由窄渐变宽，尖端与梯形和矩形结合的六边形贴片主辐射单元1相连接；输入端口3呈倒“L”形。

枝节加载槽线谐振单元蚀刻在一体化超宽带天线背面的接地面5上。枝节加载槽线谐振单元由U形槽线谐振单元7，U形槽线谐振单元7两端的阶跃阻抗单元8、12，加载在U形槽线谐振单元7上面的槽线枝节6、9、11，和一个中间槽线枝节6末端的圆环贴片10所组成。阶跃阻抗单元8连接U形槽线谐振单元7的端部，阶跃阻抗单元12连接U形槽线谐振单元7的端部；槽线枝节6、9、11垂直于U形槽线谐振单元7，并相互平行、均匀分布连接在U形槽线谐振单元7上，其中槽线枝节6位于中间位置，槽线枝节6的末端设置有圆环贴片10。

本实施例的一体化超宽带天线，如图1和图2所示，信号由输入端口3（特性阻抗为50欧姆）输入，耦合至地面的枝节加载槽线谐振单元，此时处于超宽带频段范围之外的信号均被抑制，而后信号耦合至渐变的微带线2，通过主辐射单元1向外界辐射。为了增大输入馈线与枝节加载槽线谐振单元之间的耦合，将输入端口3进行弯折处理。信号经枝节加载槽线谐振单元耦合至渐变的微带线2，将渐变的微带线2进行渐变式处理以达到阻抗匹配的效果。

本实施例中，将天线单元和滤波单元一体化设计。将主辐射单元等效为具有一定反射系数的终端负载，并依此计算出天线-滤波单元的整体反射系数，根据在理想情况下，反射系数为零，即不产生反射时，给出系统所需要满足的条件，并依此条件对系统进行整体调整。

本实施例中，将天线单元和滤波单元一体化设计。如图3所示，为主辐射单元的S₁₁（回波损耗）参数图，该天线主辐射单元工作在2.27GHz~18.18GHz频段处。如图4所示，为枝节加载槽线谐振单元的频率响应图，其工作频段为3.05GHz~10.5GHz。如图5所示，为一体化超宽带天线的频率响应图，其工作频段为3.02GHz~10.45GHz。

本实施例中，应用级联的方式，将枝节加载槽线谐振单元和六边形贴片辐射单元级联，并通过滤波单元达到频率选择的作用，且滤波单元位于天线的接地面，使得接地面的面积得到充分利用，同时枝节加载槽线谐振单元并未影响六边形贴片辐射单元在超宽带范围内的辐射特性，达到了小型化的效果的同时，也实现了良好的超宽带特性。

Claims (3)

1.一种融合槽线超宽带滤波单元的一体化超宽带天线，其特征是由一个枝节加载槽线谐振单元和一个六边形贴片辐射单元级联构成。

2.根据权利要求1所述的一体化超宽带天线，其特征是所述的六边形贴片辐射单元由一个梯形和矩形结合的六边形贴片主辐射单元和一个渐变的微带线构成。

3.根据权利要求1所述的一体化超宽带天线，其特征是所述的枝节加载槽线谐振单元由一个两端连接阶跃阻抗单元的U形槽线谐振单元和三个加载的槽线枝节构成；其中，三枝节均匀分布在谐振器中，中间枝节末端连接槽线圆环贴片。