CN104900996A - 具有带陷特性的超宽带单极子天线 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有带陷特性的超宽带单极子天线，包括接地板、介质基板、馈电网络和辐射贴片，所述接地板为矩形结构，接地板设于介质基板一侧，介质基板另一侧设有相互连接的馈电网络和辐射贴片，所述辐射贴片上刻蚀有H形槽和十字形槽；所述馈电网络由微带线构成。该天线在3.3‐3.7GHz和3.7‐4.2GHz两个频段产生带陷特性，有效地抑制了WiMAX(有效工作频段为3.3‐3.7GHz)和C波段卫星通信(下行频段为3.7‐4.2GHz)这两个窄带系统对超宽带系统产生的干扰，该天线尺寸小、结构简单、易于制作，适于无线通信系统及设备，是最近电磁领域、可穿戴设备领域研究的热点，有极大的发展前景。

Description

具有带陷特性的超宽带单极子天线

技术领域

本发明涉及天线技术领域，更具体的说，是涉及一种具有带陷特性的超宽带单极子天线。

背景技术

近年来，无线通信发展十分迅速，与之相关的无线通信技术、通信系统、通信设备等也成为研究的焦点。加上可穿戴设备及技术的日新月异，应用于如以人体为中心的无线通信系统、植入式医疗设备等领域的可穿戴天线越来越受到重视。但是，随着基于无线应用雪崩式的出现，频带资源的紧张、频带利用率低、工作带宽窄、不同设备或天线的工作频带发生重叠等问题也同样不能忽视，这都影响到天线的可靠性和无线通信系统的实用性。

2002年，美国联邦通信委员会(FCC)发布了新的宽带通信系统规范，目的是缓解频带资源的紧张以及应对高速通信的需求，将3.1‐10.6GHz频段分配给超宽带通信使用，宽带及超宽带技术将广泛用于工业、医学、民用生活等领域。在宽带及超宽带系统中，天线的小型化、低成本、制作简单化、易于集成等特点将作为评价天线实用性和性价比的标准。相应的，所设计的可穿戴天线也要努力满足宽带通信的需求。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种具有陷波特性的超宽带单极子天线，该天线在3.3‐3.7GHz和3.7‐4.2GHz两个频段产生带陷特性，有效地抑制了WiMAX(有效工作频段为3.3‐3.7GHz)和C波段卫星通信(下行频段为3.7‐4.2GHz)这两个窄带系统对超宽带系统产生的干扰，该天线尺寸小、结构简单、易于制作，适于无线通信系统及设备，是最近电磁领域、可穿戴设备领域研究的热点，有极大的发展前景。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

具有带陷特性的超宽带单极子天线，包括接地板、介质基板、馈电网络和辐射贴片，所述接地板为矩形结构，接地板设于介质基板一侧，介质基板另一侧设有相互连接的馈电网络和辐射贴片，所述辐射贴片上刻蚀有H形槽和十字形槽；所述馈电网络由微带线构成。

所述H形槽和十字形槽的槽宽分别为0.5mm和1mm。

所述介质基板由环氧树脂材料制成。

所述介质基板的相对介电常数为4.4，其介电损耗正切值为0.02。

所述介质基板的厚度为0.8‐1.8mm。

所述介质基板的长和宽分别为28mm和25mm。

与现有技术相比，本发明的技术方案所带来的有益效果是：

1.本发明天线的辐射贴片上刻蚀有H形槽和十字形槽，这两个槽的形状结构可以改变贴片上电流的分布特性，不仅可以提高高频，影响中频，还可以在低频附近产生所需要的陷波特性；另外，还可以通过调节开槽的长度、宽度及这两个开槽的距离，对所要抑制的频段进行调节。

2.本发明天线经过仿真分析，得到该天线带宽为3.09‐10.71GHz，在3.3‐4.5GHz频段产生带陷特性，除此频段，该天线在有效带宽内回波损耗小于‐10dB，电压驻波比VSWR<2；在3.3‐4.5GHz频段产生的带陷特性，能很好的抑制WiMAX(有效工作频段为3.3‐3.7GHz)及C波段卫星通信(有效工作频段为3.7‐4.2GHz)这两个窄带系统对超宽带系统产生的干扰，从而提高了该天线的实用性和可靠性。

3.发明天线采用微带线作为馈电网络，是基于一维微带线的典型结构设计得到一种新颖的、小型化的、具有陷波特性的超宽带天线；并且具有良好的辐射性能，满足了超宽带系统对天线设计的要求。

附图说明

图1是本发明天线的俯视结构示意图。

图2是本发明天线的侧视结构示意图。

图3本发明具体实施例的结构尺寸示意图。

图4是本发明天线中辐射贴片在不同开槽状态下的回波损耗仿真结果。

图5a、图5b和图5c为本发明天线分别在3.2GHz、6.5GHz和9.5GHz三个频率处的辐射方向图。

附图标记：1-接地板2-介质基板3-馈电网络4-辐射贴片5-H形槽6-十字形槽

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的描述。

如图1和图2所示：一种具有带陷特性的超宽带单极子天线，包括接地板1、介质基板2、馈电网络3和辐射贴片4，接地板1是与介质基板2等宽度的窄矩形结构，介质基板2由常用的FR4(环氧树脂)板材料做成，其相对介电常数为4.4，损耗正切值为0.02，本实施例中的天线是通过蚀刻方法制作在长、宽、高分别为28mm、25mm和1.6mm的介质基板2上，其中接地板1印刷于介质基板2的一侧，介质基板2的另一侧印刷有馈电网络3和辐射贴片4，馈电网络3由微带线构成，馈电网络3和辐射贴片4相互连接，辐射贴片4上设有H形槽5和十字形槽6。本发明天线采用侧馈方式，输入阻抗为50欧姆。

如图3所示：该图表示的是本发明天线经过优化设计后的具体尺寸参数，单位均为毫米，其中H形槽5和十字形槽6的槽宽分别为0.5mm和1mm，介质基板2的厚度为1.6mm。

如图4所示：

(1)只刻蚀H形开槽时，天线的带宽为3.09‐10.0GHz,在3.2‐4.45GHz及5.7‐7.8GHz两个频段有陷波特性，牺牲了5.7‐7.8GHz的频带，且最高频率为10.0GHz,达不到超宽带要求的10.6GHz。

(2)只刻蚀十字形开槽时，天线的带宽为3.9‐10.4GHz,在5.7‐7.5GHz及8.8‐9.7GHz两个频段有陷波特性，不符合设计目的及要求，且不能覆盖3.1‐10.6GHz的超宽带要求范围。

(3)没有刻蚀十字形及H形开槽时，天线的带宽为4.15‐10.4GHz,在5.5‐8.1GHz一个频段有陷波特性，不符合设计目的及要求，也不能覆盖3.1‐10.6GHz的超宽带范围。

(4)同时刻蚀十字形开槽及H形开槽时，天线的带宽为3.09‐10.71GHz,在3.3‐4.5GHz频段有陷波特性，同时包含了所要抑制的3.3‐3.7GHz及3.7‐4.2GHz两个频段，符合设计目的及要求，能完全覆盖3.1‐10.6GHz的超宽带范围。可见，当天线同时有两个不同形状及宽度的开槽时，该两个开槽的结构可以改变贴片上电流的分布特性，不仅可以提高高频，影响中频，还可以在低频附近产生所需要的陷波特性；另外，还可以通过调节开槽的长度、宽度及两个开槽的距离，对所要抑制的频段进行调节。

经过仿真分析，得到天线带宽为3.09‐10.71GHz，在3.3‐4.5GHz频段产生带陷特性，除此频段，天线在有效带宽内回波损耗小于‐10dB，电压驻波比VSWR<2。在3.3‐4.5GHz频段产生的带陷特性，能很好的抑制WiMAX(有效工作频段为3.3‐3.7GHz)及C波段卫星通信(有效工作频段为3.7‐4.2GHz)这两个窄带系统对超宽带系统产生的干扰，从而提高了该天线的实用性。

由图4还可看出，在除了带陷频段的有效带宽内，天线回波损耗均在‐10dB以下，在3.2、8.2、10.0GHz频率附近甚至达到了‐21、‐22、‐23dB,达到了良好的阻抗匹配。

由图5a至图5c可知，天线在E面和H面的辐射方向图分别呈近似“8”字形及接近全向辐射的特性；其中E面是指与电场方向平行的方向图切面；H面是指与磁场方向平行的方向图切面。

Claims (6)

1.具有带陷特性的超宽带单极子天线，包括接地板、介质基板、馈电网络和辐射贴片，其特征在于，所述接地板为矩形结构，接地板设于介质基板一侧，介质基板另一侧设有相互连接的馈电网络和辐射贴片，所述辐射贴片上刻蚀有H形槽和十字形槽；所述馈电网络由微带线构成。

2.根据权利要求1所述的具有带陷特性的超宽带单极子天线，其特征在于，所述H形槽和十字形槽的槽宽分别为0.5mm和1mm。

3.根据权利要求1所述的具有带陷特性的超宽带单极子天线，其特征在于，所述介质基板由环氧树脂材料制成。

4.根据权利要求1或3所述的具有带陷特性的超宽带单极子天线，其特征在于，所述介质基板的相对介电常数为4.4，其介电损耗正切值为0.02。

5.根据权利要求1或3所述的具有带陷特性的超宽带单极子天线，其特征在于，所述介质基板的厚度为0.8‐1.8mm。

6.根据权利要求1或3所述的具有带陷特性的超宽带单极子天线，其特征在于，所述介质基板的长和宽分别为28mm和25mm。