CN104022359A - 基于椭圆的改进型环形贴片超宽带天线的设计 - Google Patents

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张晓霞
刘群
刘永
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Abstract

基于椭圆的改进型环形贴片超宽带天线的设计，属于电子通信领域，它是超宽带通信系统的重要组成部分之一。本发明是对超宽带贴片天线辐射贴片结构的一种设计，辐射贴片由大小两个椭圆和圆组合而成，这种结构有效减小了天线的面积，同时天线的有效带宽超过了13GHz，有较好的匹配性，并且基本实现了天线的全向性要求。对天线地板结构同样进行了设计，地板是由矩形，椭圆和圆三种形状组合而成，有效提升了天线的性能。该结构天线设计有效减小了天线的面积，利于集成，并且天线有较好的性能，可以很好地作为超宽带通信系统中的接收天线部分。

Description

基于椭圆的改进型环形贴片超宽带天线的设计
技术领域
基于椭圆的改进型环形贴片超宽带天线属于电子通信领域，是超宽带通信系统的重要组成部分。
背景技术
现代的通信系统对带宽的高要求之下，同时还要求通信系统具有高的传输速度。超宽带(UWB)通信系统的出现，实现了短距离内超带宽、高速的数据传输。超宽带无线通信相对传统的通信方式，具有传输速率高、通信距离短、发射功率低等多方面的优势。超宽带接收天线作为超宽带系统中的重要组成部分，因此对超宽带天线的研究有重要的作用。
在UWB天线的设计中，需要考虑其增益、方向图、电压驻波比等性能。超宽带天线与传统天线的通信相比，有更高的要求。
(1)阻抗带宽
超宽带天线的设计根据FCC规定的3.1GHz～10.6GHz民用频段，其工作带宽达到7.5GHz，因此相对传统的窄带宽天线来说，UWB天线的设计有一定的挑战。
(2)方向图的稳定性
超宽带天线为了满足实际通信的需要，要求天线在某个方向上有很好的全向辐射线，并且天线的方向图要保持一定的稳定性。在宽带天线的设计中还需要考虑尽可能去降低天线的损耗，来保证天线的辐射效率。
(3)天线的体积
超宽带天线的发展方向，要求小型化和轻型化。由于外接设备体积越来越小，它要求超宽带天线更好地去与系统集成，所以天线的小型化必不可缺。因此在UWB天线的设计中，我们在满足天线的性能设计要求的同时，还要向天线的小型化去设计，更好地满足实际应用的要求。
发明内容
本发明设计了一种新型结构的超宽带贴片天线，包括辐射贴片结构的设计以及地板结构的改进。这种结构天线的下限截止频率在2.9GHz，上限截止频率超过了16GHz，并且基本实现了超宽带天线的全向性要求。
本发明基于椭圆的改进型环形贴片天线的结构见附图1、2、3。结构中的参数已在图中标示。图1、2、3给出了天线的主要结构。
图1是天线的辐射贴片部分结构。天线的辐射部分是由一个不完全的椭圆环形贴片1和微带线2组成。辐射贴片是由椭圆3，圆4以及椭圆5三个形状组合而成。椭圆3和圆4相交，取公共部分，再对这个公共部分截去椭圆5，剩下部分作为天线的辐射贴片。
图2是天线的侧面结构，主要有辐射贴片部分6，基片7以及地板8组成。6即图1中在基片7正面的辐射结构，8即图3中在基片7背面的地板结构。
图3是天线的地板结构。地板9由矩形10、椭圆11和圆12组成。矩形10和椭圆11相交，去它们的公共部分作为地板的主要部分，再对其截去圆12，剩下的结构作为天线地板的结构。
本发明特色：对辐射贴片结构的设计，有效减小了超宽带天线的面积，在对天线小型化设计过程中保证了天线的性能。对天线地板结构的设计减小了天线面积同时也有效提升了天线的性能。
本发明创新点：(1)设计了一种全新的超宽带贴片天线的结构；(2)本设计结构天线的有效带宽超过了13GHz，并且有较好的匹配性，基本实现了超宽带天线的全向性要求。
本发明应用价值：可以用于超宽带通信系统的接收部分，很好地匹配FCC规定的7.5GHz民用频段，并且天线的较小面积更易于集成。
附图说明
图1天线辐射部分结构。其中1是辐射贴片，2是微带馈电线，3为长短轴分别为42.9mm、22mm的椭圆，4是半径为52mm的圆，5为长短轴分别为29.25mm、15mm的椭圆。
图2天线侧面基片结构。6是天线辐射部分，7是基片，8是天线的地板。
图3天线地板结构。9是地板，10是60mm×44.5mm的矩形，11是长短轴分别为60mm、34.3mm的椭圆，12是半径为2mm的圆。

Claims (9)

1.基于椭圆的改进型环形贴片超宽带天线的设计，包括天线的辐射贴片部分、基片接地板，其特征在于特定的基片材料上，辐射贴片和接地板分别位于基片的两面。 
2.根据权利要求1所述的天线辐射贴片结构的设计，其特征在于，所述辐射贴片1是由椭圆3和圆4相交，并且选择在椭圆3的上半部分相交后的公共部分，再挖去椭圆5后，剩下的部分作为辐射贴片结构。 
3.根据权利要求1所述的基片材料，其特征在于，基片7的折射率为3.48，基片厚度为1.524mm。 
4.根据权利要求1所述的天线地板结构的设计，其特征在于，地板9是由矩形10和椭圆11相交后的公共部分，再挖去圆12后的部分作为天线的地板结构。 
5.根据权利要求2所述的辐射贴片的结构，其特征在于，辐射贴片1的长度为47.5mm，宽度为44mm，微带线2的宽度为3.44mm。 
6.根据权利要求2中所述的辐射贴片结构，其特征在于，椭圆3的长度半轴分别为42.9mm、22mm，圆4的半径为52mm，椭圆5的长短轴分别为29.25mm、15mm。 
7.根据权利要求4所述的地板结构，其特征在于，地板10的长度为44.5mm、宽度为60mm，地板的整体形状是上边沿经过椭圆化的矩形，椭圆11的长短半轴分别为60mm、34.3mm。 
8.根据权利要求4所述的地板结构，其特征在于，在地板10的上边沿的中部截去一个半径为2mm的小圆12。 
9.根据要求2和4所述的辐射贴片和地板结构，其特征在于，辐射贴片和地板间的距离为0。 
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