CN104934698B - 具有陷波可重构功能的超宽带天线 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种具有陷波可重构功能的超宽带天线，包括介质板，在介质板的顶面沿纵向中心线设置有圆形的辐射贴片，在辐射贴片的内部开有横向的矩形槽，矩形槽中沿纵向两边对称设置有一对T型寄生微带线，该对T型寄生微带线的颈部留有安装开关的间隔；矩形槽中沿横向对称设置有另外一对T型寄生微带线；沿辐射贴片的纵向一端开有凹槽，该凹槽中固定有馈电微带线，馈电微带线的内端与凹槽两侧留有间隙；在介质板底面纵向一边设置有圆形切角的倒圆角地。本发明的天线，通过选通T型寄生微带线来控制陷波频段是WiMAX或者WLAN或者无陷波功能三种状态，节省资源，提高天线使用效率。
Description
技术领域
本发明属于超宽带天线技术领域，涉及一种具有陷波可重构功能的超宽带天线。
背景技术
超宽带天线作为超宽带系统中的重要组成部分，由于其较小的尺寸，较低的制作成本，易于和电路板集成等特点得到了快速的发展。
但是超宽带其本身较宽的频段3.1-10.6GHz中包含了一些无线窄带信号频段，如3.3-3.7GHz WiMAX(IEEE 802.16 Worldwide Interoperability for MicrowaveAccess)，5.15-5.825GHz WLAN(IEEE 802.11a wireless local area networks)等会对超宽带系统造成干扰。在实际使用中，需要想办法去掉这种干扰。2011年M.Ojaroudi设计了一款应用于5-6GHz WlAN频段的T型微带线和PI型地结构的超宽带天线。2012年Tahsin UddinMullick设计了一款通过缝隙槽和H型改进的地结构实现5-6GHz WLAN实现陷波功能的超宽带天线。2013年Nasser Ojaroudi设计了一款通过天线背面E型槽对称地和W型寄生微带线实现在WiMAX 3.3-3.7GHz和WLAN 5-6GHz双频陷波陷波。
上述几种天线不足的地方就是只能单一固定的在某个频段实现陷波，不能够进行可重构的调节控制选通要陷波的频段。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有陷波可重构功能的超宽带天线，解决了现有技术中的无线通信窄带信号的干扰，不能够进行可重构的调节控制选通要陷波频段的问题。
本发明采用的技术方案是，一种具有陷波可重构功能的超宽带天线，包括介质板，
在介质板的顶面沿纵向中心线设置有圆形的辐射贴片，在辐射贴片的内部开有横向的矩形槽，矩形槽中沿纵向两边对称设置有一对T型寄生微带线，该对T型寄生微带线的颈部留有安装开关的间隔；矩形槽中沿横向对称设置有另外一对T型寄生微带线；
沿辐射贴片的纵向一端开有凹槽，该凹槽中固定有馈电微带线，馈电微带线的内端与凹槽两侧留有间隙；
在介质板底面纵向一边设置有圆形切角的倒圆角地。
本发明的具有陷波可重构功能的超宽带天线，其特征还在于：
凹槽的两边外侧分别开有一个缝隙槽。
介质板的长度L1为41mm±0.1mm，宽度W1为35mm±0.1mm，厚度为1.5mm±0.01mm；
辐射贴片的半径R为10mm±0.1mm；
矩形槽的长度L2为9mm±0.1mm，宽度W2为13.2mm±0.1mm；
馈电微带线与凹槽两侧间隙的深度La为2.22mm±0.01mm，缝隙槽深度Lb为0.75mm±0.01mm，两侧缝隙槽的宽度与凹槽两侧间隙的宽度W5均为0.5mm±0.01mm；
馈电微带线的长度L3为12mm，宽度W0为2mm；
带有倒圆角地中倒角的半径r1为7mm。
矩形槽中上下相对的一对T型寄生微带线中，水平微带线一与垂直微带线一之间设置有间隔，每个间隔距离为1mm；水平微带线一的长度W3为4.8mm±0.1mm，宽度W6为1mm±0.01mm；垂直微带线一的长度Ld为2mm，宽度W4为1mm±0.01mm；
矩形槽中左右相对的一对T型寄生微带线中，水平微带线二的长度Lc为2mm±0.01mm，宽度等于W4为1mm±0.01mm；垂直微带线二长度W7为5.5mm±0.1mm，宽度等于W6为1mm±0.01mm。
本发明的有益效果是，通过选择上下左右T型寄生微带线的通短，实现全频带无陷波工作模式、3.3-3.6GHz的WiMAX陷波模式、5-6GHz的WLAN陷波模式三种状态。天线尺寸小巧，便于加工和无线设备集成，制作工艺成熟，自动化程度高，节省资源，提高天线的使用效率，能够很好的应用在工作频率3.1-10.6GHz的超宽带系统中，市场前景良好。
附图说明
图1是本发明超宽带天线的正面结构示意图；
图2是本发明超宽带天线的背面结构示意图；
图3是本发明超宽带天线在无陷波工作状态下的开关连接位置示意图；
图4是本发明超宽带天线在3.3-3.7GHz的WiMAX陷波频段状态下的开关连接位置示意图；
图5是本发明超宽带天线在5-6GHz的WLAN陷波频段状态下的开关连接位置示意图；
图6是本发明超宽带天线的三种状态下输入反射系数结果曲线；
图7是本发明超宽带天线工作在4GHz的E面和H面的方向图；
图8是本发明超宽带天线工作在7GHz的E面和H面的方向图；
图9是本发明超宽带天线工作在10GHz的E面和H面的方向图。
图中，1.介质板，2.辐射贴片，3.矩形槽，4.凹槽，5.馈电微带线，6.开关，7.T型寄生微带线，8.倒圆角地，9.缝隙槽。
附图说明
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
参照图1、图2，本发明的超宽带天线具有陷波可重构功能，其结构是，包括介质板1，介质板1优选FR4材料制作，
在介质板1的顶面(天线正面)沿纵向中心线设置有圆形的辐射贴片2，在辐射贴片2的内部开有横向的矩形槽3，矩形槽3中沿纵向两边(上下位置)对称设置有一对T型寄生微带线7，该对T型寄生微带线7的颈部留有安装开关6的间隔；矩形槽3中沿横向(左右位置)对称设置有另外一对T型寄生微带线7；沿辐射贴片2的纵向一端开有凹槽4，该凹槽4中固定有馈电微带线5，馈电微带线5的外端用于连接外接设备；馈电微带线5的内端与凹槽4两侧留有间隙，在凹槽4的两边外侧分别开有一个缝隙槽9，两个缝隙槽9和凹槽4的作用一样，目的是为了改善天线的阻抗匹配；
在介质板1底面(天线背面)纵向一边设置有圆形切角的倒圆角地8，倒圆角地8与馈电微带线5及凹槽4背对背对应。
辐射贴片2中的两对T型寄生微带线7，能够相互耦合使天线在对应的频段处电流集中分布于T型的四周，使天线无法向外进行辐射，从而达到陷波功能。通过对上下、左右的T型寄生微带线7的连通或者断开，控制需要陷波的频段。
上述结构各个部位的尺寸范围分别是：
介质板1的(纵向)长度L1为41mm±0.1mm，(横向)宽度W1为35mm±0.1mm，厚度为1.5mm±0.01mm；
辐射贴片2的半径R为10mm±0.1mm；
矩形槽3的(纵向)长度L2为9mm±0.1mm，(横向)宽度W2为13.2mm±0.1mm；
矩形槽3中上下相对的一对T型寄生微带线7中，水平微带线一与垂直微带线一之间设置有间隔，用于安装开关6，每个间隔距离为1mm；水平微带线一的长度W3为4.8mm±0.1mm，宽度W6为1mm±0.01mm；垂直微带线一的长度Ld为2mm，宽度W4为1mm±0.01mm；
矩形槽3中左右相对的一对T型寄生微带线7中，水平微带线二的长度Lc为2mm±0.01mm，宽度等于W4为1mm±0.01mm；垂直微带线二长度W7为5.5mm±0.1mm，宽度等于W6为1mm±0.01mm；
馈电微带线5与凹槽4两侧间隙的深度La为2.22mm±0.01mm，凹槽4两侧的缝隙槽9的深度Lb为0.75mm±0.01mm，两侧缝隙槽9的宽度与两侧间隙的宽度W5均为0.5mm±0.01mm；
馈电微带线5的长度L3为12mm，宽度W0为2mm；
带有倒圆角地8中倒角的半径r1为7mm。
实施例
介质板1的介电常数为4.3，板材厚度为1.5mm；辐射贴片2为圆形金属贴片，半径R为10mm。天线在总体具有UWB的辐射性能，和50欧姆的输入阻抗；倒圆角地8在天线矩形的的左上角和右上角有两个倒角，利用这种形状是为了使天线更好的获得较宽的阻抗匹配，使得天线获得更好输入反射系数。
参照图3、图4、图5，是本发明矩形槽3中四个T型寄生微带线7的三种连接方式：
图3中，通过两个开关6分别将上下T型寄生微带线7各自连通，然后再通过第三个开关6将上下两个T型寄生微带线7整体连通；
图4中，通过两个开关6分别将上下T型寄生微带线7各自连通；
图5中，将左边的T型寄生微带线7与下边的T型寄生微带线7的近端相连(直接短接)，同时，将右边的T型寄生微带线7与上边的T型寄生微带线7的近端相连通(直接短接)。
根据工作状态的需要，分别按照图3、图4、图5不同的连接方式，实现超宽带天线的三种工作状态，即无陷波状态、3.3-3.7GHz的WiMAX陷波状态、以及5-6GHz的WLAN陷波状态。
图6为本发明实施例的天线在三种工作状态时的输入反射系数，天线的输入反射系数是天线的一个主要性能特征。
从图6可见，在天线工作在无陷波功能的状态时，天线输入反射系数小于-10dB的带宽为3.0-11GHz，完全包含了超宽带定义的3.1-10.6GHz频段。当超宽带天线工作在3.5GHz WiMAX的陷波状态时，天线的陷波频段为3.3-3.7GHz，能够满足对WiMAX工作频段3.3-3.7GHz的陷波要求。当超宽带天线工作在5.5GHz WLAN的陷波状态时，天线的陷波频段为5-6.2GHz，能够满足对WLAN工作频段.15.-5.825GHz的陷波要求。
图7是本发明带陷波功能的超宽带天线工作在4GHz的E面和H面的方向图；图8是本发明带陷波功能的超宽带天线工作在7GHz的E面和H面的方向图；图9是本发明带陷波功能的超宽带天线工作在10GHz的E面和H面的方向图。通过图7、图8、图9三个频段天线E面和H面的方向图可以看出该天线的具有很好的全向辐射特性，有较好的信号接收范围。
Claims (4)
1.一种具有陷波可重构功能的超宽带天线，其特征在于：包括介质板(1)，
在介质板(1)的顶面沿纵向中心线设置有圆形的辐射贴片(2)，在辐射贴片(2)的内部开有横向的矩形槽(3)，矩形槽(3)中沿纵向上下对称设置有一对T型寄生微带线(7)，该对T型寄生微带线(7)的颈部留有安装开关(6)的间隔；矩形槽(3)中沿横向对称设置有另外一对T型寄生微带线(7)；
沿辐射贴片(2)的纵向一端开有凹槽(4)，该凹槽(4)中固定有馈电微带线(5)，馈电微带线(5)的内端与凹槽(4)两侧留有间隙；
在介质板(1)底面纵向一边设置有圆形切角的倒圆角地(8)，倒圆角地(8)与馈电微带线(5)及凹槽(4)背对背对应。
2.根据权利要求1所述的具有陷波可重构功能的超宽带天线，其特征在于：所述的凹槽(4)的两边外侧分别开有一个缝隙槽(9)。
3.根据权利要求2所述的具有陷波可重构功能的超宽带天线，其特征在于：所述的介质板(1)的长度L1为41mm±0.1mm，宽度W1为35mm±0.1mm，厚度为1.5mm±0.01mm；
辐射贴片(2)的半径R为10mm±0.1mm；
矩形槽(3)的长度L2为9mm±0.1mm，宽度W2为13.2mm±0.1mm；
馈电微带线(5)与凹槽(4)两侧间隙的深度La为2.22mm±0.01mm，缝隙槽(9)的深度Lb为0.75mm±0.01mm，两侧缝隙槽(9)的宽度与两侧间隙的宽度W5均为0.5mm±0.01mm；
馈电微带线(5)的长度L3为12mm，宽度W0为2mm；
带有倒圆角地(8)中倒角的半径r1为7mm。
4.根据权利要求1所述的具有陷波可重构功能的超宽带天线，其特征在于：所述的矩形槽(3)中上下相对的一对T型寄生微带线(7)中，水平微带线一与垂直微带线一之间设置有间隔，每个间隔距离为1mm；水平微带线一的长度W3为4.8mm±0.1mm，宽度W6为1mm±0.01mm；垂直微带线一的长度Ld为2mm，宽度W4为1mm±0.01mm；
矩形槽(3)中左右相对的一对T型寄生微带线(7)中，水平微带线二的长度Lc为2mm±0.01mm，宽度等于W4为1mm±0.01mm；垂直微带线二长度W7为5.5mm±0.1mm，宽度等于W6为1mm±0.01mm。
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