CN104485504A

CN104485504A - 一种具有双陷波特性的蓝牙超宽带天线

Info

Publication number: CN104485504A
Application number: CN201410587129.7A
Authority: CN
Inventors: 庞晓凤; 崔满堂; 张思明; 黄皖菁; 景心平; 何子远; 冯梅; 唐璞; 陈波
Original assignee: University of Electronic Science and Technology of China
Current assignee: University of Electronic Science and Technology of China
Priority date: 2014-10-28
Filing date: 2014-10-28
Publication date: 2015-04-01

Abstract

一种工作在蓝牙频段和超宽带频段的具有双陷波特性的超宽带单极子天线，主要包括介质基板1，共面波导接地板2，微带辐射贴片3，共面波导馈线4，且上述的共面波导接地板、馈线和辐射贴片都印刷在介质基板的上表面。微带辐射贴片3顶端添加一个T型微带谐振支节31，使该超宽带天线能够工作在蓝牙(2.4GHz)频段，同时在WiMAX(3.3-3.8GHz)频段内产生陷波特性。在微带辐射贴片3底部开一个缺口环形槽32，使天线在WLAN频段(5.15-5.825GHz)具有陷波特性。该天线具有很宽的工作带宽，明显的陷波特性，很好的辐射模式，适用于蓝牙和超宽带通信。

Description

一种具有双陷波特性的蓝牙超宽带天线

技术领域

本发明设计到一种平面印刷单极子天线，特别是具有陷波特性的蓝牙超宽带天线。

背景技术

随着无线通信系统的应用越来越广，超宽带(UWB)无线通信技术成为天线研究的一个热点方向。2002年2月14日，美国联邦通信委员会(FCC)正式将3.1-10.6GHz频带向室内通信用途的UWB开放，引起了世界各国的广泛关注。超宽带技术与其他通讯技术相比具有传输速率高，抗多径干扰能力强，有利于多功能一体化等优点。超宽带天线成为短距离无线通信最具有竞争力和发展前景的技术之一。

蓝牙是一种支持设备短距离通信(一般10m内)的无线电技术。能在包括移动电话、PDA、无线耳机、笔记本电脑、相关外设等之间进行无线信息交换。利用蓝牙技术，能够有效地简化移动通信终端设备之间的通信，也能够简化设备与因特网之间的通信，从而数据传输变得更加迅速高效。蓝牙技术工作在全球通用的2.4GHzISM(即工业、科学、医学)频段，在该频段内还有无线局域网、WiFi协议通信等。由于其通信的高效性，蓝牙技术广泛应用于消费电子产业和个人计算机产业。

由于超宽带系统频谱非常宽广，在UWB通信系统中存在一些无线窄带系统，主要包括：全球微波互联网络(WiMAX，3.3-3.8GHz)、无线局域网(WLAN，5.15-5.825GHz)、X波段卫星通信系统(7.25-8.4GHz)等通信系统等，这些窄带系统会对超宽带通信系统造成许多干扰。为了抑制超宽带系统与窄带系统间潜在的干扰，一般需要在天线输入前端添加滤波器，这样不但增加天线的制作成本，还不利于天线的小型化，因此具有自身陷波功能的小型超宽带天线成为近年来的一个热门研究课题。

为了实现超宽带天线的陷波特性，近年来提出了多种方法，其中以在辐射贴片或地板上开槽的方法应用最广泛，槽的长度为四分之一或者二分之一陷波频段中心频率对应的工作波长。槽的形状也各式各样，如U型槽、V型槽、L型槽、SRR环、缺陷地(DGS)结构等。另外还有学者利用寄生耦合谐振环来实现陷波功能，谐振环通过主辐射贴片或者馈线的耦合，其长度取决于陷波的频率。

发明内容

本发明设计了一种单极子天线，能同时工作在蓝牙(2.4GHz)和超宽带(3.1-10.6GHz)频带内，并且在超宽带频带内实现WiMAX(3.3-3.8GHz)和WLAN(5.15-5.825GHz)系统的陷波特性。

技术方案为：本发明天线主要包括包括介质基板1，共面波导接地板2，微带辐射贴片3，共面波导馈线4，且上述的共面波导接地板、馈线和辐射贴片都印刷在介质基板的上表面。微带辐射贴片3顶端添加一个E型微带谐振支节31，使该超宽带天线能够工作在蓝牙(2.4GHz)频段，同时在WiMAX(3.3-3.8GHz)频段内产生陷波特性。在微带辐射贴片3底部开一个缺口环形槽32，使天线在WLAN频段(5.15-5.825GHz)具有陷波特性。

该天线具有很宽的工作带宽，明显的陷波特性，很好的辐射模式，适用于蓝牙和超宽带通信。

附图说明

图1a、1b、1c是本发明天线的俯视图、侧视图、主视图；

图2是本发明天线的回波损耗S11曲线；

图3是本发明天线的最大值增益曲线；

图4是本发明天线的辐射效率曲线；

图5是本发明天线在2.4GHz的E面、H面的辐射方向图；

图6是本发明天线在4.2GHz的E面、H面的辐射方向图；

图7是本发明天线在8.3GHz的E面、H面的辐射方向图；

图8是本发明天线在11GHz的E面、H面的辐射方向图；

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明。

如图1a、1b、1c所示，本发明天线是一种共面波导馈电的平面单机子印刷天线，主要包括包括介质基板1，共面波导接地板2，微带辐射贴片3，共面波导馈线4，且上述的共面波导接地板、馈线和辐射贴片都印刷在介质基板的上表面。天线的整体尺寸为36×28mm²,介质基板1采用FR4材料，厚度为1.6mm，相对介电常数4.4。共面波导馈线4的特性阻抗是50欧姆，线宽3mm，与共面波导接地板2的间距为0.5mm。共面波导接地板2是由两块矩形金属片切角得到的，对称分布在共面波导馈线的两边，切角的目的是为了获得更大的工作带宽，实现超宽带天线的目的。天线最初是从设计一个超宽带天线开始的，八边形的辐射贴片和共面波导地板的切角使天线能够工作在3-14GHz频带内，覆盖了超宽带UWB(3.1-10.6GHz)频段。之后为了实现天线能在蓝牙频段2.4GHz工作，在八边形的贴片顶端添加一个E型谐振支节31，这样不仅可以使天线在蓝牙频段实现谐振，同时31与八边形的贴片之间构成了一个不规则的缝隙槽33，天线又在WiMAX(3.3-3.8GHz)窄带系统产生阻带，实现该频段的陷波。为了能够在WLAN(5.15-5.825GHz)频段产生陷波特性，在贴片的底部开了一个缺口环形槽32。上述的E型谐振支节31和缺口环形槽32的总长度近似等于中心频率对应的工作波长的二分之一。

图2是本发明天线的回波损耗S11曲线。一般情况下，当天线在某一频段内的回波损耗S11小于-10dB，就可以认为天线在这个频段是能够工作的，该频段是通带；如果S11大于-10dB，可近似认为天线在该频段内不能够工作，在该频段具有阻带特性，即即该频段的陷波特性。可以看出，天线在2.4GHz频段附近的S11是小于-10dB的，最小值达到-18dB，说明天线可以工作在蓝牙频段。在3.3-3.8GHz和5.15-5.825GHz附近频段内都有回波损耗S11大于-10dB，并且最大值接近于-2dB，可以看出天线在这两个频段有很明显的阻带特性，即该天线在WiMAX和WLAN频段实现陷波功能。而在其他的频带内，回波损耗S11都是小于-10dB的，可以看出天线可在这些频带内工作。

图3是本发明天线的最大值增益曲线。可以看出天线的最大值增益在3.3-3.8GHz和5.15-5.825GHz频段内都有接近5dB的下降，说明天线在这两个频段内是基本不工作的，即本发明天线在WiMAX和WLAN(5.15-5.825GHz)频段内是具有陷波特性的。另外可以看出，天线在2.4GHz频段和其他通带频段内都有很好的增益，基本满足超宽带通信的要求。

图4是本发明天线的辐射效率曲线。可以看出天线的辐射效率在WiMAX(3.3-3.8GHz)和WLAN(5.15-5.825GHz)频段内有非常明显的下降，最小值分别为0.4和0.2，表明天线在这两个频段内辐射出去的能量非常少，实现陷波特性，同时也验证了最大值增益下降的分析。其他频带内的辐射效率都是接近于0.9，都有比较好的辐射特性。

为了满足超宽带通信的要求，本发明天线应该具有良好的辐射模式。图5、图6、图7和图8所示的是该天线在2.4GHz、4.2GHz、8.3GHz和11GHz频率处的E面和H面的辐射方向图。可以看出，天线在E面有近乎全向的辐射模式，高频部分由于高次模的出现，方向图出现畸形，但仍接近全向。天线在H面是“8”字形的辐射方向图，等效于对称阵子的辐射模式。天线的辐射具有良好的增益，完全可以适用于蓝牙超宽带通信。

当然，本发明还有其他实现方式，在不背离本发明精神和实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可以根据本发明实施各种相应的变形，但这种相应的改变和变形都应该属于本发明权利要求的保护范围。

Claims

1.一种具有双陷波特性的蓝牙超宽带单极子天线，主要包括介质基板1，共面波导接地板2，微带辐射贴片3，共面波导馈线4，且上述的共面波导接地板2、馈线4和辐射贴片3都印刷在介质基板1的上表面。其主要特征在于：该天线能够同时工作在蓝牙频段和超宽带频段，并且在超宽带频段内又具有双陷波特性。

2.如权利要求1所述的双陷波特性的蓝牙超宽带天线，其特征在于：微带辐射贴片3顶部的T型谐振支节31，能够实现天线在蓝牙频段的谐振，使天线可以工作在该频段。

3.如权利要求1所述的双陷波特性的蓝牙超宽带天线，其特征在于：微带辐射贴片3顶部的E型谐振支节31与中部的八边形辐射贴片之间构成不规则的缝隙33，实现天线在3.3-3.8GHz的阻带特性，即天线在WiMAX频段具有陷波特性。

4.如权利要求1所述的双陷波特性的蓝牙超宽带天线，其特征在于：微带辐射贴片3底部开有一个缺口环形槽结构32，可以实现天线在5.15-5.825GHz的阻带特性，即天线在WLAN频段具有陷波特性。

5.如权利要求1所述的双陷波特性的蓝牙超宽带天线，其特征在于：位于共面波导馈线4两侧对称分布的共面波导接地板2上切两个三角形的切角，大大提高了天线的工作带宽。