CN104682003A - 一种新型的超宽带单极子天线 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种新型的超宽带单极子天线，它包括贴片天线1（包含矩形辐射单元与馈线）、介质基板2、5.75GHz阶跃谐振器3、8.4GHz阶跃谐振器4和接地板5五部分，其特征为：在天线馈线两侧加入谐振结构以实现双阻带功能，天线辐射单元为矩形贴片结构，并对地板进行了部分裁剪。该天线实现了从3.1GHz到10.6GHz的超宽带传输特性（VSWR<2），且分别于5.3～5.9GHz、8.1～8.8GHz两个窄带频段形成阻带，有效降低了与该两频段间的干扰。
Description
技术领域
本发明涉及一种新型的超宽带单极子天线，在天线馈线两侧加入谐振结构以实现双阻带功能，天线辐射单元为矩形贴片结构，并对地板进行了部分裁剪。该天线实现了从3.1GHz到10.6GHz的超宽带传输特性（VSWR<2），且分别于5.3～5.9GHz、8.1～8.8GHz两个窄带频段形成阻带，有效降低了与该两频段间的干扰。
背景技术
超宽带通信技术广泛应用在雷达、定位、电子对抗以及保密通信等领域，长期以来被各国视为尖端军事技术而严密防护，直到近年来才逐渐趋于民用。超宽带通信技术系统的优点可总括如下：①高隐蔽性。无线电空间传播的“公开性”是无线电通信的固有不足，而超宽带无线电通信的带宽可达1GHz乃至更高，且其所需平均功率极小，信号被“淹没”于环境噪声和其他信号中，不会被轻易检测到。②较强的多径辨识能力和较高的信息传输速率。超宽带无线通信系统发射的是持续时间极短的脉冲，占空比极低，多径信号在时间上可分离。这种时间上的不重叠很容易分离出多径分量以充分利用发射信号的能量，提高超宽带通信系统解调信号的信噪比，降低因多径干扰造成的符号间干扰。借助抗多径干扰性能，超宽带无线通信系统可以实现高速率数据传输。③系统容量大。超宽带无线通信系统发送占空比极低的冲击脉冲，采用跳时地址码调制，便于组成类似于DS-CDMA系统的移动网络。由于超宽带无线通信系统具有很高的处理增益和较强的多径辨识能力，因此其用户量大大高于3G系统。④穿透能力强，易于实现定位与通信的一体化。⑤功耗低。
超宽带天线是超宽带无线通信系统的关键组成部分之一，其设计需考虑两方面内容：①实现从3.1GHz到10.6GHz的超宽带传输特性（VSWR<2）；②考虑到与其他窄带通信系统的互扰问题，天线进行宽频带通信的同时要具备某些窄带频段的带阻功能。基于以上两点考虑，出现了传统的具有阻带特性超宽带天线的设计方法，即通过等效电路分析，在天线辐射单元上加开某些具有特定功能的槽孔（如L型槽、U型槽）等，以达到形成所需阻带的目的。本发明采用了滤波模块与天线馈线相结合的新方法，既回避了通过改造辐射结构实现带阻的复杂性，又达到了良好的滤波性能，具有较高的实用价值。
发明内容
本发明的目的在于提供一种新型的超宽带单极子天线。如图1所示，本发明提出的超宽带天线由五部分构成，分别是贴片天线1（包含辐射单元与馈线）、介质基板2、5.75GHz阶跃谐振器3、8.4GHz阶跃谐振器4和接地板5。需要特别说明的是，接地板经过裁剪后，主要位于天线馈线一侧，而辐射单元一侧不加地板。整个超宽带单极子天线的构造及尺寸如 图2所示，两个谐振器的外形及尺寸如图3所示。
本发明采用的技术方案：
一种新型的超宽带单极子天线，其特征在于，具有3.1GHz到10.6GHz的超宽带传输特性（VSWR<2）和5.3～5.9GHz、8.1～8.8GHz两个频段的带阻特性，贴片天线1由长L4、宽L10的矩形辐射单元和长L5、宽L6的天线馈线构成，位于介质基板2的上表面，贴片天线1的轴线与介质基板2的轴线重合。
所述一种新型超宽带单极子天线，其特征在于，介质基板2的长、宽、高分别为L1、L2、L3，其相对介电常数为2.3。
所述一种新型超宽带单极子天线，其特征在于，滤波结构由5.75GHz阶跃谐振器3和8.4GHz阶跃谐振器4两部分组成，分别位于贴片天线1的矩形馈线的两侧，两谐振器外形呈折叠式，结构完全一致，尺寸成线性比例，底边均与馈线长边平行，且距馈线0.1mm。
所述一种新型超宽带单极子天线，其特征在于，两个阶跃谐振器的结构由参数l1、l2、l3、l4决定，调整该四个参数的大小将影响谐振频点（即阻带频段）的大小。
所述一种新型超宽带单极子天线，其特征在于，接地板5位于介质基板2的下表面，长、宽分别为L2和L11，接地板5位于贴片天线1的馈线一侧，其在辐射单元（即矩形贴片）一侧的部分被裁减掉。
所述一种新型超宽带单极子天线，其特征在于，接地板5的一侧被裁去长L8、宽|L11-L7|的矩形区域，该矩形区域的对称轴与接地板5的对称轴重合。
后文将结合附图及具体实施方式对发明内容进行详细论述。
附图说明
图1是本发明所述超宽带单极子天线的结构示意图；
图2是本发明所述超宽带单极子天线的尺寸说明图；
图3是两个阶跃谐振器的结构、尺寸说明图；
符号说明：
1是贴片天线（包含辐射单元与馈线），2是介质基板，3是5.75GHz阶跃谐振器、4是8.4GHz阶跃谐振器，5是接地板。
具体实施方式
由于所述超宽带单极子天线工作于微波频段，这里将借助微波传输线理论来分析其辐射原理。假设贴片天线矩形辐射单元的半径为半波长λ/2，介质基板的厚度为L3。这样，可以将矩形辐射单元、介质基板和接地板看作长为λ/2的低阻抗微带传输线，并在辐射单元边缘部位形成开路。又因为介质基板厚度远小于波长λ，因而电场沿贴片平面法线方向的分量 基本无变化。在只考虑主模激励的情况下，电磁波辐射基本可以认为是由辐射单元开路部位的边缘引起的。可以将开路端的电场分解为沿贴片平面的水平分量和平行于平面法线的垂直分量，其中垂直分量因相位相反而相互抵消，故电场的水平分量使辐射单元开路端被等效为无限大平面上同相激励的四条缝隙。这样，辐射单元的对外辐射就等效成了缝隙的辐射。
如图2所示，L1、L2、L3、L4、L5、L6、L7、L8、L9、L10和L11的长度分别为33mm、25mm、1.2mm、16mm、16.5mm、3.6mm、11mm、3.8mm、10.6mm、15mm和16mm。
如图3所示，图中结构外形与超宽带天线中不同谐振频率的两个谐振器的外形完全一致，具体尺寸按下文所述设定。
对5.75GHz阶跃谐振器，l1、l2、l3、l4的长度分别为0.8mm、0.2mm、0.6mm、0.2mm；对8.4GHz阶跃谐振器，l1、l2、l3、l4的长度分别为0.5mm、0.15mm、0.4mm、0.15mm。区别于具有阻带特性超宽带天线的传统设计方法，所述发明不再通过在天线辐射单元上加开某些具有特定功能的槽孔来达到所需阻带特性的目的，而是采用滤波模块与天线馈线相结合的新方法，在避免改造辐射结构导致更高复杂性的基础上实现良好的滤波性能，具有较高的实用价值。
阶跃谐振器的谐振频点可以通过改变l1、l2、l3、l4的长短来进行调整，在外形不变的情况下，按比例线性增加四个量的值，将使得谐振点向低频移动。可见，如果要实现超宽带天线的低频阻带，可以适当放宽对谐振器紧凑性的要求。
基于IEEE802.11标准的WLAN允许在局域网络环境中使用ISM中的2.4GHZ和5.8GHZ频段，为避免超宽带通信系统与无线局域网通信的相互干扰，所述新型超宽带单极子天线5.3～5.9GHz频段的带阻功能防止了与相应窄带系统间的干扰，这是本发明除超宽带传输特性之外的另一重要应用意义。当然亦可根据实际需求来恰当设置阶跃谐振器尺寸，以达到对不同窄带频段的带阻效果。
Claims (6)
1.一种新型的超宽带单极子天线，其特征在于，具有3.1GHz到10.6GHz的超宽带传输特性（VSWR<2）和5.3～5.9GHz、8.1～8.8GHz两个频段的带阻特性，贴片天线1由长L4、宽L10的矩形辐射单元和长L5、宽L6的天线馈线构成，位于介质基板2的上表面，贴片天线1的轴线与介质基板2的轴线重合。
2.根据权利要求1所述一种新型超宽带单极子天线，其特征在于，介质基板2的长、宽、高分别为L1、L2、L3，其相对介电常数为2.3。
3.根据权利要求1所述一种新型超宽带单极子天线，其特征在于，滤波结构由5.75GHz阶跃谐振器3和8.4GHz阶跃谐振器4两部分组成，分别位于贴片天线1的矩形馈线的两侧，两谐振器外形呈折叠式，结构完全一致，尺寸成线性比例，底边均与馈线长边平行，且距馈线0.1mm。
4.根据权利要求1所述一种新型超宽带单极子天线，其特征在于，两个阶跃谐振器的结构由参数l1、l2、l3、l4决定，调整该四个参数的大小将影响谐振频点（即阻带频段）的大小。
5.根据权利要求1所述一种新型超宽带单极子天线，其特征在于，接地板5位于介质基板2的下表面，长、宽分别为L2和L11，接地板5位于贴片天线1的馈线一侧，其在辐射单元（即矩形贴片）一侧的部分被裁减掉。
6.根据权利要求1所述一种新型超宽带单极子天线，其特征在于，接地板5的一侧被裁去长L8、宽|L11-L7|的矩形区域，该矩形区域的对称轴与接地板5的对称轴重合。
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2013
- 2013-11-27 CN CN201310617043.XA patent/CN104682003A/zh active Pending
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