CN103943952B - 一种平面超宽带天线 - Google Patents

Abstract

本发明涉及了一种平面超宽带天线，由一端短路的若干单元慢波结构、均匀传输线或馈线（6）及二者之间的一段耦合缝隙（5）构成；所述单元慢波结构每单元由分布于介质基板两面，且两两正对的四个六边形金属板（1）和一段双面平行带线（2）所组成；每面的六边形金属板与该面的带线（2）之间有金属线（3）连接；所述的一端短路是指若干单元慢波结构所构成的辐射体一端短路，另一端通过缝隙（5）与一段均匀传输线或馈线（6）相连；所述的耦合缝隙（5）是指慢波结构单元所构成的辐射体与地板（7）之间的缝隙。本发明的工作频率和带宽可通过调整慢波结构参数来控制。本发明与现行超宽带天线相比，具有结构紧凑、辐射效率高等优点。

Description

一种平面超宽带天线

技术领域

本发明涉及超宽带天线领域，特别是一种基于慢波结构的平面超宽带天线。

背景技术

作为超宽带通信系统的关键部件，小型超宽带天线的特性将接影响通信系统的体积、重量和性能，其分析与设计方法具有重大的现实意义。现有的宽带和超宽带天线种类不少，按照传统的观点，这些天线大致可以分为三大类：第一类是具有自相似结构或自互补结构的“频率无关天线”，其典型代表包括对数周期振子天线、对数周期螺旋天线等，结构满足拉姆塞原则：第二类则特指专用于收发瞬时脉冲信号的“脉冲辐射天线”，主要包括平板TEM角锥天线、带有抛物反射面的TEM角锥天线、介质锥天线等，这类天线多属于端射特性的行波天线，一般具有庞大的体积。以上两类天线都是非平面三维结构，不适应对设备成本和体积要求苛刻的短距离超宽带无线通信，也难以实现与其它射频前端电路的集成化设计。因此，另一类具有近似线性相位传输函数，适合传输窄脉冲信号单极子、偶极子超宽带天线得以提出，由于具有紧凑、高效、易于与其它射频电路集成的优势，成为了当前微波与天馈技术领域中的一大研究热点。

慢波结构可以降低电磁波传播的相速，实现更为紧凑的微波电路与系统。多种基于慢波结构的单极子天线表明，可以获得非常明显的天线小型化效果。然而，应用慢波结构在实现天线小型化的同时，往往导致天线的工作带宽变窄，基于慢波结构的超宽带天线鲜有报道。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的缺点与不足，提供一种平面超宽带天线，该平面超宽带天线基于慢波结构，不仅结构紧凑，而且具有超宽工作频带和高辐射效率，同时也易于与其他射频电路集成。

为了达到上述目的，本发明通过下述技术方案予以实现：一种平面超宽带天线，采用慢波传输线构建；由一端短路的若干单元慢波结构、均匀传输线或馈线及二者之间的一段耦合缝隙构成；所述单元慢波结构每单元由分布于介质基板两面，且两两正对的四个六边形金属板和一段双面平行带线所组成；每面的六边形金属板与该面的带线之间有金属线连接；所述的一端短路是指若干单元慢波结构所构成的辐射体一端短路，另一端通过耦合缝隙与一段均匀传输线或馈线相连；所述的耦合缝隙是单元慢波结构与地板之间的缝隙；

所述单元慢波结构的阻抗特性、色散特性可以通过调整六边形金属板的边长、双面平行带线宽度及错开距离以及金属线的宽度及长度进行控制；从而改变由若干所述单元慢波结构所组成的天线工作频率和工作带宽；天线的匹配特性可以通过所述耦合缝隙距离宽度进行调整，从而获得超宽匹配带宽。

本发明专利所提出的平面超宽带天线与现有技术相比，具有小尺寸、高效率及易于与其他微波电路集成等优点，即结构紧凑，辐射高效。本发明一方面，其超宽工作频带通过调整单元慢波结构的尺寸参数进行控制，另一方面，通过改变单元慢波结构与均匀传输线之间的耦合缝隙宽度，使天线超宽频带内获得天线的良好匹配效果。本发明可用于各种便携式高速无线通信系统。

附图说明

下面结合附图对本发明进一步说明。

图1是平面超宽带天线单元慢波结构示意图。

图2是平面超宽带天线单元慢波结构背面层示意图。

图3是平面超宽带天线单元慢波结构正面层示意图。

图4是天线回波损耗图。

图5是天线在3.53GHz的E面(左)和H面(右)方向的辐射特性图。

图6是天线在7GHzE面(左)和H面(右)方向的辐射特性图。

图7是天线在8.5GHzE面(左)和H面(右)方向的辐射特性图。

附图标记说明：1六边形金属板；2一段双面平行带线；3金属线；4短路处；5耦合缝隙；6均匀传输线或馈线；7地板。

具体实施方式

下面结构附图和实施例对本发明内容作进一步说明。

本实施例的平面超宽带天线如图1-3所示，天线辐射体由两个所述单元慢波结构构成，每个单元慢波结构由四个位于介质基板两面且两两相对六边形金属板1、一段双面平行带线2以及连接六边形金属板与平等共面带线的金属线3构成。天线辐射体一端短路处4，另一端通过耦合缝隙5与阻抗为50欧姆的均匀传输线或馈线6相连。

对天线结构参数做适当的调整，可以改变天线的工作频带。

如图4所示，天线回波损耗图可见，本实施例子的阻抗匹配频带为3.53GHz-8.6GHz，相对带宽为83.6%；天线在3.53GHz、7GHz、8.5GHz的辐射特性分别如图4、5、6所示。

本说明书列举的仅为本发明的较佳实施方式之一，凡在本发明的工作原理和思路下做的等同技术变换，均视为本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种平面超宽带天线，采用慢波传输线构建，所述天线包括有慢波结构、均匀传输线或馈线（6）、介质基板和地板（7），均匀传输线或馈线（6）位于介质基板顶面，地板（7）位于介质基板底面；其特征在于：所述慢波结构由分布于介质基板两面，且两两正对的四个六边形金属板（1）和一段双面平行带线（2）所组成；介质基板每面上的六边形金属板（1）与对应面上的带线（2）之间有金属线（3）连接；介质基板顶面慢波结构中的带线（2）上端与底面慢波结构中的带线（2）上端进行短路连接，顶面慢波结构中的带线（2）下端与均匀传输线或馈线（6）连接，底面慢波结构中的带线（2）下端与地板（7）之间形成耦合缝隙（5）。

2.根据权利要求1所述一种平面超宽带天线，其特征在于：所述慢波结构的阻抗特性、色散特性可以通过调整六边形金属板（1）的边长、双面平行带线（2）的宽度，以及金属线（3）的宽度及长度进行控制；从而改变由所述慢波结构所组成的天线工作频率和工作带宽；天线的匹配特性可以通过所述耦合缝隙（5）的宽度进行调整，从而获得超宽匹配带宽。