CN104810624A - 一种非对称共面带状线馈电的紧凑型超宽带天线 - Google Patents

一种非对称共面带状线馈电的紧凑型超宽带天线 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种非对称共面带状线馈电的紧凑型超宽带天线，包括介质基板、馈线、横向接地面和辐射贴片，所述馈线、横向接地面和辐射贴片设置于介质基板上；所述辐射贴片与馈线连接，所述馈线与横向接地面在水平方向具有一定的距离，所述辐射贴片上设置有一缺口。本发明提出了一种应用于超宽带领域的紧凑型、非对称共面带状线馈电的单极子天线，通过使用这种非对称共面带状线的馈电结构，所设计的天线的尺寸只有15mm×19mm，且带宽满足超宽带通信的需要。该天线具有简单结构、小型化、易实现等优点。

Description

一种非对称共面带状线馈电的紧凑型超宽带天线
技术领域
本发明涉及一种天线，具体涉及一种非对称共面带状线馈电的紧凑型超宽带天线。
背景技术
近年来，超宽带(UWB)技术，由于具有处理高数据传输速率的潜力，已经逐渐地被广泛使用在无线电领域中，比如无线个人局域网、雷达、传感器网络和成像系统等。2002年，美国联邦通信委员会(FCC)将3.1-10.6GHz频段划归为超宽带的民用频段，这极大地促进了超宽带技术在通信领域的研究和发展。
超宽带天线作为超宽带系统的重要组成部分，必须具有在这样一个大的频段内工作的能力。近年来，超宽带天线已经吸引了广泛的关注。提高平面单极子和微带贴片天线带宽的方法有很多，但是这些天线通常采用探针或微带线馈电方式，具有双层结构和一个大的接地面，较难与有源电路和单片微波集成电路进行整合。采用共面波导(CPW)馈电可以实现超宽带天线的单层平面设计。然而，这种共面波导馈电的天线的尺寸显得较大。采用非对称共面带状线(ACS)馈电技术可以使天线的尺寸降低至传统共面波导馈电的天线尺寸的一半。目前，虽然已经有采用非对称共面带状线馈电的天线设计，但是还没有可以满足超宽带通信所要求带宽的设计出现。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种非对称共面带状线馈电的紧凑型超宽带天线。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的，一种非对称共面带状线馈电的紧凑型超宽带天线，包括介质基板、馈线、横向接地面和辐射贴片，所述馈线、横向接地面和辐射贴片设置于介质基板上；所述辐射贴片与馈线连接，所述馈线与横向接地面在水平方向具有一定的距离，所述辐射贴片上设置有一缺口。
优选的，所述辐射贴片为由多边形沿分割线分割成两部分中的其中一部分，所述缺口沿分割线设置在辐射贴片上。
优选的，沿分割线分割成两部分中的其中一部分面积大于另一部分面积。
优选的，所述分割线与馈线的其中一条边在同一直线上。
优选的，所述缺口为矩形缺口，所述矩形缺口的长边与分割线重合。
优选的，所述馈线与横向接地面在水平方向上的距离d＝0.7mm。
优选的，所述矩形缺口的长边L1为3mm～7mm，W1为0.5mm～4.5mm。
优选的，所述横向接地面为矩形横向接地面。
优选的，所述多边形为正八边形，所述正八边形的边长L4＝5.98mm。
优选的，所述横向接地面的短边L2为2.9mm～3.7mm，馈线的长度L3为6.5～10.5mm。
由于采用了上述技术方案，本发明具有如下的优点：
本发明提出了一种应用于超宽带领域的紧凑型、非对称共面带状线馈电的单极子天线，通过使用这种非对称共面带状线的馈电结构，所设计的天线的尺寸只有15mm×19mm，且带宽满足超宽带通信的需要。该天线具有简单结构、小型化、易实现等优点。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中：
图1为非对称共面带状线馈电天线的结构图；
图2为该天线的反射系数；
图3为L1对天线性能的影响；
图4为L2对天线性能的影响；
图5为天线的辐射方向图，其中a表示3.5GHz的E面和H面的方向图，b表示5.5GHzE面和H面的方向图，c表示7.5GHz的E面和H面的方向图，d表示10.5GHz的E面和H面的方向图。
具体实施方式
以下将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述；应当理解，优选实施例仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。
本发明所提出的天线的几何结构如图1所示。该天线制作在相对介电常数为εr＝4.4，厚度为H＝1.6mm，损耗正切为0.02的FR4介质基板上。天线的总尺寸(W×L)仅有15mm×19mm。该天线包括介质基板1、馈线3、横向接地面4和辐射贴片2，所述辐射贴片与馈线连接，所述馈线与横向接地面在水平方向具有一定的距离，所述辐射贴片上设置有一缺口。该缺口(W1×L1)扩大了电流路径，有效降低了谐振频率，从而实现天线的小型化。
在本实施例中，所述辐射贴片为由多边形沿分割线5分割成两部分中的其中一部分，所述缺口沿分割线设置在辐射贴片上。
在本实施例中，沿分割线分割成两部分中的其中一部分面积大于另一部分面积。
在本实施例中，所述分割线与馈线的其中一条边在同一直线上。
在本实施例中，所述缺口为矩形缺口，所述矩形缺口的长边与分割线重合。
在本实施例中，所述馈线与横向接地面在水平方向上的距离d＝0.7mm。
在本实施例中，所述矩形缺口的长边L1为3mm～7mm，W1为0.5mm～4.5mm，作为优选，所述矩形缺口的长边L1＝6mm，短边W1＝3mm。
在本实施例中，所述横向接地面为矩形横向接地面。
在本实施例中，所述多边形为正八边形，所述正八边形的边长L4＝5.98mm。
在本实施例中，所述横向接地面的短边L2为2.9mm～3.7mm，馈线的长度L3为6.5～10.5mm，作为优选，所述横向接地面的短边L2＝3.5mm，长边W2＝9.9mm，馈线的长度L3＝7.5mm。
该天线的反射系数S11如图2所示。可以看出该天线有3个谐振，分别在4GHz,6.65GHz和9.85GHz。该天线的阻抗带宽为3.1GHz-11.35GHz，覆盖了超宽带通信的频段。以L1和L2为例，进一步研究不同参数对天线性能的影响。
图3给出了辐射贴片开槽长度L1对天线性能的影响。可以看出L1的变化对3个谐振点有影响。第一个谐振频率随着L1的增加(扩大了电流路径)反而降低。同样地，横向接地面长度L2的变化对天线性能的影响如图4所示。观察发现，L2对第二个和第三个谐振频率的影响很大。这两个谐振频率都随着L2增大而降低。以同样的方式，可以对天线的其他几何参数进行研究，从而使得该天线具有超宽的带宽。经过详尽的仿真研究，最终获得该天线的最佳尺寸。
该天线分别在3.5GHz，5.5GHz，7.5GHz和10.5GHz的E面(yz面)和H面(xz面)的方向图如图5所示。由图可以看出该天线在xz面有稳定的全向辐射放向图。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种非对称共面带状线馈电的紧凑型超宽带天线，其特征在于：包括介质基板、馈线、横向接地面和辐射贴片，所述馈线、横向接地面和辐射贴片设置于介质基板上；所述辐射贴片与馈线连接，所述馈线与横向接地面在水平方向具有一定的距离，所述辐射贴片上设置有一缺口。
2.根据权利要求1所述的非对称共面带状线馈电的紧凑型超宽带天线，其特征在于：所述辐射贴片为由多边形沿分割线分割成两部分中的其中一部分，所述缺口沿分割线设置在辐射贴片上。
3.根据权利要求2所述的非对称共面带状线馈电的紧凑型超宽带天线，其特征在于：沿分割线分割成两部分中的其中一部分面积大于另一部分面积。
4.根据权利要求2所述的非对称共面带状线馈电的紧凑型超宽带天线，其特征在于：所述分割线与馈线的其中一条边在同一直线上。
5.根据权利要求3所述的非对称共面带状线馈电的紧凑型超宽带天线，其特征在于：所述缺口为矩形缺口，所述矩形缺口的长边与分割线重合。
6.根据权利要求1所述的非对称共面带状线馈电的紧凑型超宽带天线，其特征在于：所述馈线与横向接地面在水平方向上的距离d＝0.7mm。
7.根据权利要求5所述的非对称共面带状线馈电的紧凑型超宽带天线，其特征在于：所述矩形缺口的长边L1为3mm～7mm，W1为0.5mm～4.5mm。
8.根据权利要求7所述的非对称共面带状线馈电的紧凑型超宽带天线，其特征在于：所述横向接地面为矩形横向接地面。
9.根据权利要求8所述的非对称共面带状线馈电的紧凑型超宽带天线，其特征在于：所述多边形为正八边形，所述正八边形的边长L4＝5.98mm。
10.根据权利要求9所述的非对称共面带状线馈电的紧凑型超宽带天线，其特征在于：所述横向接地面的短边L2为2.9mm～3.7mm，馈线的长度L3为6.5～10.5mm。
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