CN104681925A - 一种十字形槽结构具有双陷波特性的超宽带天线 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种十字形槽结构具有双陷波特性的超宽带天线，其特征在于，包括一块介质基板，介质基板一侧印制有金属接地面、辐射单元和馈电单元，采用的是共面波导的方式与辐射单元连接，辐射单元为矩形型金属平面，矩形中部的十字槽能产生一个频段的陷波，辐射单元的周围为开放式的地面结构，且在地板面上采用开E形槽的方式进行陷波处理。

Description

一种十字形槽结构具有双陷波特性的超宽带天线

技术领域

本发明涉及天线技术领域，特别是涉及一种十字形槽结构具有双陷波特性的超宽带天线。 

背景技术

自从2002年1月14日，美国联邦通信委员会将3.1-10.6GHz频率划归为民用的免许可证的超宽带（UWB）频段后，超宽带短距离通信技术变成为无线通信领域激烈竞争的焦点，作为重要组成部分的超宽带天线，近年来也成为科技人员研究的热门课题。然而在超宽带系统指定的频段内已经存在这一些窄带通信系统，这些系统的信号会对超宽带通信产生干扰。为了抑制超宽带系统与窄带系统之间的干扰，通常需要在超宽带系统内引入带阻带滤波器滤除窄频带，但是这势必增加系统的复杂度和成本。 

UWB通信与传统窄带和宽带通信系统有很大不同，尤其在短距离无线通信方面具有其他无线技术无法相比的高传输速率，可将电子设备诸如个人电脑、电视机、多媒体、手机等快速有效的连接起来组建个人局域网进而共享照片，音乐、视频等资源。 

另一种简单有效的方法，就是在超宽带天线中嵌入陷波结构，对于微带馈线的超宽带天线来说，滤波特性的实现一般有三种方案：一是开槽技术；二是寄生耦合；三是分形技术。其中最常用的就是开槽技术，如专利号CN202373694U，专利名称为《具有双陷波特性的超宽带天线》的中国专利，该专利在辐射贴片上开了两个槽来实现双陷波特性，但是其中对于WLAN频段的阻带虽然达到了陷波的效果，但是有相当一部分不该陷掉的频段也被滤除了。 

因此设计带有窄带滤波特性的超宽带天线是解决问题的重要方法。 

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种处于超宽带频段，能够有效的降低WLAN(5.15-5.85GHz)网络和6.6GHz-7.4GHz频段的电磁干扰的带有窄带陷波特性的超宽带天线。 

本发明的目的是这样实现的： 

包括介质基板，位于介质基板正面中央的矩形型辐射单元、共面波导馈线，位于辐射单元的接地面，在接地面中央刻蚀一块开放式宽槽，微带馈 线直接与辐射单元的中央连接，微点馈线直接与SMA内导体连接，SMA的外导体与接地面连接。 

本发明所采用的技术方案： 

一种十字形槽结构具有双陷波特性的超宽带天线，其特征在于，包括一块介质基板，介质基板一侧印制有金属接地面、辐射单元和馈电单元，采用的是共面波导的方式与辐射单元连接，辐射单元为矩形型金属平面，矩形中部的十字槽能产生一个频段的陷波，辐射单元的周围为开放式的地面结构，且在地板面上采用开E形槽的方式进行陷波处理。 

所述一种十字形槽结构具有双陷波特性的超宽带天线，其特征在于，介质基板正面的接地面采用的是开放式的矩形宽槽结构，且在缺陷地上开了一对E形槽 

所述一种十字形槽结构具有双陷波特性的超宽带天线，其特征在于，改变矩形辐射单元中部的十字形槽的长度和宽，以改变谐振频率和陷波中心频率。 

所述一种十字形槽结构具有双陷波特性的超宽带天线，其特征在于，改变缺陷地上的E型槽的长度，以改变谐振频率和陷波中心频率。 

所述一种十字形槽结构具有双陷波特性的超宽带天线，其特征在于，所述辐射单元为矩形结构的贴片。 

所述一种十字形槽结构具有双陷波特性的超宽带天线，其特征在于，馈电单元为共面波导馈电，且辐射单元的中部直接与馈电微带线相连。 

本发明主要是利用矩形型辐射单元和共面波导馈电的方式来实现超宽带通信的需求，为了进一步的增加天线的阻抗带宽，在接地面上采用的是缺陷地面的结构，从而实现覆盖整个超宽带。通过调整矩形辐射单元结构中的十字形槽，和接地面刻蚀的E形槽的长度来产生两个频段的陷波，该天线的结构接单，工作带宽宽，便于加工，成本低廉。 

本发明的天线可以用于短距离室内的无线等设备上，降低了对WLAN（5.04Ghz-6.25GHz）网络和6.7GHz-7.5GHz频段的电磁干扰，避免给超宽带（UWB）系统映入电磁干扰。 

本发明属于共面波导馈电的天线，该天线印制在介质基板上，其辐射单元为矩形贴片，接地面和矩形辐射单元印制在介质基板的正面，为了覆盖整个超宽带的工作带宽，在接地面采用的是缺陷地结构，进一步的展宽了天线的阻抗带宽，使得所设计的天线能覆盖UWB通信带宽；同时在接地面上刻蚀了两个E型槽，从而产生一个陷波的带宽；矩形辐射单元中央的十字形槽也能实 现一个陷波的带宽。该天线具有良好的阻抗带宽和陷波特性，结构简单，且陷波带宽的中心可以调节十字形槽和E形槽的长度来进行调节，因此大大增加了起实用的范围。本发明采用的是印刷天线结构和微带馈电结构，大大降低了天线的体积，大大利于和射频前端的微波集成电路的集成，简化了电路的设计。 

按照微带馈电的优势和设计技术思路，本发明的技术方案的特点为： 

1、辐射单元采用矩形贴片，类似于传统的印刷单极子天线，便于设计和制作，且能保证较好的阻抗匹配，实现宽频带阻抗匹配，同时有较好的全向辐射特性。 

2、本发明采用共面波导馈电结构，馈电线直接和矩形辐射单元连接，而且接地面和辐射单元结构印制在介质基板的同一侧。 

3、本发明采用的是介质基板背面全部印制接地面，并且在接地面上刻蚀矩形宽槽，改善天线馈电的阻抗特性，实现超宽带的匹配。 

4、本发明通过改变矩形辐射单元中央的十字形槽的长度以及接地面上的槽的长度，从而改变天线表面的电流分布，产生两个谐振频率，从而形成两个陷波，实现超宽带和WLAN（5.04Ghz-6.25GHz）网络以及6.7GHz-7.5GHz频段的通信系统的协同通信。 

本发明与现有技术相比，具有的显著的优点为： 

1、本发明可以实现更宽的阻抗带宽，所以在设计超宽带天线通过在接地面上刻蚀矩形宽槽结构，展宽的天线的阻抗带宽，覆盖了UWB的整个频段。所设计的超宽带天线覆盖3.0GHz-10.6GHz，同时在WLAN（5.04Ghz-6.25GHz）频段和6.7GHz-7.5GHz内分别产生一个陷波带宽，抑制其潜在的干扰，实现协同工作。 

2、本发明引入了滤波器设计理论与技术的开路/短路微带线调节技术。通过调节矩形辐射单元中部的十字槽结构，以及在地面上刻蚀的E形槽，来产生陷波特性。本发明采用开槽的方式，通过调节槽的长度来调节陷波的中心频率和带宽。该结构省去了滤波器的设计，降低了电路设计的复杂程度，提高了系统的性能。 

4、该天线的结构简单，紧凑，体积小，设计加工方便，成本低廉。 

附图说明

图1为本发明结构示意图； 

图2为本发明侧视图； 

具体实施方式

以下结合附图举例对本发明做详细的描述： 

本实施例以实现超宽带天线的陷波阻带范围为5.04GHz-6.25GHz和6.7GHz-7.5GHz为例进行说明。 

本发明如图1、图2、由矩形辐射单元2、共面波导馈线5、接地面4、接地面刻蚀的E形槽3、十字形槽1组成。整个天线印制在介电常数为4.4的介质基板8的一侧。该超宽带天线的馈线5的下端与SMA内导体连接。SMA的外导体与接地面4相连。根据图1、图2所示的结构，设计时选择适当的尺寸，就能满足其超宽带特性和陷波特性。 

本发明几何尺寸为25mm*25mm*0.8mm，介电常数为4.4的介质基板8。 

本发明的在缺陷地面上刻蚀E形矩形槽3长度为7.25mm;矩形辐射面中的十字形槽长度为9.2mm。 

本发明的辐射单元2为矩形，位于介质基板8正面中央，水平宽度为12mm，垂直高度为7.5mm，线宽为2mm。矩形辐射单元2中央连接馈电线5，馈电微带线5宽3.4mm，长8.5mm。 

该陷波超宽带天线的驻波比的特性来看，其驻波比（≤2:1）的阻抗带宽是2.8GHz-11.6HGz，满足超宽带通信的要求，在5.04GHz-6.25GHz和6.7GHz-7.5GHz各有一个陷波带，可以消除和降低超宽带天线电磁干扰。 

本发明的天线采用介电常数为4.4的介质基板，且介电损耗正切角小于0.002，其尺寸的大小与接地面的一致。 

Claims (6)

1.一种十字形槽结构具有双陷波特性的超宽带天线，其特征在于，包括一块介质基板，介质基板一侧印制有金属接地面、辐射单元和馈电单元，采用的是共面波导的方式与辐射单元连接，辐射单元为矩形型金属平面，矩形中部的十字槽能产生一个频段的陷波，辐射单元的周围为开放式的地面结构，且在地板面上采用开E形槽的方式进行陷波处理。

2.根据权利要求1所述一种十字形槽结构具有双陷波特性的超宽带天线，其特征在于，介质基板正面的接地面采用的是开放式的矩形宽槽结构，且在缺陷地上开了一对E形槽。

3.根据权利要求1或2所述一种十字形槽结构具有双陷波特性的超宽带天线，其特征在于，改变矩形辐射单元中部的十字形槽的长度和宽，以改变谐振频率和陷波中心频率。

4.根据权利要求1所述一种十字形槽结构具有双陷波特性的超宽带天线，其特征在于，改变缺陷地上的E型槽的长度，以改变谐振频率和陷波中心频率。

5.根据权利要求1所述一种十字形槽结构具有双陷波特性的超宽带天线，其特征在于，所述辐射单元为矩形结构的贴片。

6.根据权利要求1所述一种十字形槽结构具有双陷波特性的超宽带天线，其特征在于，馈电单元为共面波导馈电，且辐射单元的中部直接与馈电微带线相连。