CN104934703A - 可屏蔽多种窄带信号干扰的超宽带天线 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可屏蔽多种窄带信号干扰的超宽带天线，包括接地板、介质基板、馈电网络和辐射贴片，接地板设于介质基板一侧，介质基板另一侧设有馈电网络和辐射贴片，接地板为梯形与矩形连接为一体的结构，所述梯形的上端设有矩形开槽，辐射贴片的一端设有阶梯形凸起，另一端设有矩形开槽，所述辐射贴片的阶梯形凸起端与馈电网络相连接，所述辐射贴片上刻蚀有卧倒状的C形缝隙。本发明能有效地抑制WiMAX无线通信(工作频段为3.3-3.7GHz)、C波段卫星通信(下行频段为3.7-4.2GHz)、数字微波通信(4.3-4.5GHz)等多种窄带系统信号对超宽带系统产生的干扰。该天线尺寸小巧、结构简单、易于制作，适于无线通信系统及设备，有广阔的应用前景。

Description

可屏蔽多种窄带信号干扰的超宽带天线

技术领域

本发明涉及天线技术领域，更具体的说，是涉及一种可屏蔽多种窄带信号干扰的超宽带天线。

背景技术

二十世纪60年代，超宽带(Ultra-wideband,UWB)技术开始崭露头角，随后得到了快速发展。另一方面，无线通信的飞速发展为各种天线的提出和应用提供了广阔的发展空间，而基于超宽带技术的天线在整个无线通讯系统中起着重要的作用。超宽带天线有着高数据率、低损耗、经济实用、制作简单等其他窄带通信系统无可比拟的优势，一直是通信领域研究的重要课题。但是，随着无线通信的快速发展和各种应用的出现，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。

美国联邦通信委员会(FCC)于2002年将3.1-10.6GHz频段划归为超宽带(UWB)的民用使用频段，以缓解频带资源的紧张以及应对高速通信的需求。自此，超宽带系统及天线的设计和应用成为无线通信领域激烈竞争的焦点。在超宽带系统中，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重要指标。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种小型的可屏蔽多种窄带信号干扰的超宽带天线，其能有效地抑制WiMAX无线通信(工作频段为3.3-3.7GHz)、C波段卫星通信(下行频段为3.7-4.2GHz)、数字微波通信(4.3-4.5GHz)、大容量微波通信(4.4-5.0GHz)和部分WLAN无线通信(5.15-5.35GHz)等多种窄带系统信号对超宽带系统产生的干扰。该天线尺寸小巧、结构简单、易于制作，适于无线通信系统及设备，有广阔的应用前景。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

可屏蔽多种窄带信号干扰的超宽带天线，包括接地板、介质基板、馈电网络和辐射贴片，接地板设于介质基板一侧，介质基板另一侧设有馈电网络和辐射贴片，接地板为梯形与矩形连接为一体的结构，所述梯形的上端设有矩形开槽，辐射贴片的一端设有阶梯形凸起，另一端设有矩形开槽，所述辐射贴片的阶梯形凸起端与馈电网络相连接，所述辐射贴片上刻蚀有卧倒状的C形缝隙，所述馈电网络由微带线构成。

所述C形缝隙的缝宽为1mm。

所述介质基板由聚四氟乙烯制成。

所述介质基板的相对介电常数为2.08，其介电损耗正切值为0.001。

所述介质基板的厚度为1mm。

所述介质基板的长和宽分别为25mm和20mm。

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卧倒状的C形缝隙，且辐射贴片的一端设有阶梯形凸起，另一端设有矩形开槽，该三种结构特征可以极大的改变辐射贴片上电流的分布特性，增加了表面电流的长度，不仅可以在低频产生所需要的陷波特性，而且可以提高高频，在中、高频具有良好的谐振度和性能。

2.本发明天线经过仿真分析，可知天线带宽为3.1-12.0GHz，在3.3-5.35GHz频段产生带陷特性，除了这个频段，天线在有效带宽内回波损耗小于-10dB，电压驻波比VSWR<2；在3.3-5.35GHz频段产生的带陷特性，能很好的抑制WiMAX无线通信(工作频段为3.3-3.7GHz)、C波段卫星通信(下行频段为3.7-4.2GHz)、数字微波通信(4.3-4.5GHz)、大容量微波通信(4.4-5.0GHz)和部分WLAN无线通信(5.15-5.35GHz)等多种窄带系统信号对超宽带系统产生的干扰，从而提高了该天线的实用性。

3.本发明天线的接地板为梯形与矩形连接为一体的结构，梯形的上端还设有矩形开槽，可通过矩形开槽来调谐天线，能适宜增加低、中频谐振度；通过进行切角处理来增加低频和高频匹配程度，且能提高高频，从而达到良好的阻抗匹配，提高天线性能。

4.本发明天线采用微带线作为馈电网络，是基于微带线馈电的典型结构设计的到一种新颖的、小型化的超宽带天线；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是本发明的结构示意图。

图2是本发明的侧视结构示意图。

图3是本发明中辐射贴片的结构示意图。

图4是本发明具体实施例的结构尺寸示意图。

图5是针对本发明天线具有不同结构辐射贴片的回波损耗仿真结果。

图6是针对本发明天线具有不同结构接地板的回波损耗仿真结果。

图7(a)、图7(b)和图7(c)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-卧倒状C形缝隙

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至图3所示，可屏蔽多种窄带信号干扰的超宽带天线，包括接地板1、介质基板2、馈电网络3和辐射贴片4，介质基板2由聚四氟乙烯(Teflon_based)制成，介质基板2的相对介电常数为2.08，其介电损耗正切值为0.001。

本实施例中的天线是通过蚀刻方法制作在长、宽、高分别为25mm、20mm和1mm的介质基板2上，接地板1印刷于介质基板2的一侧，介质基板2另一侧印刷有馈电网络3和辐射贴片4，接地板1与辐射贴片4的宽度相等，接地板1为梯形与矩形连接为一体的结构，接地板1的梯形结构上端设有矩形开槽，馈电网络3由微带线构成，辐射贴片4的一端设有阶梯形凸起，另一端设有矩形开槽，辐射贴片4的阶梯形凸起端与馈电网络3相连接，辐射贴片4上刻蚀有卧倒状C形缝隙5，卧倒状C形缝隙5的缝宽为1mm，本发明天线采用侧馈方式，输入阻抗为50欧姆。

如图4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，其中卧倒状C形缝隙5的缝宽为1mm，介质基板2的厚度为1mm。

如图5所示：

(1)辐射贴片4无卧倒状C形缝隙5时，天线的带宽为4.3-11.0GHz,不能完全覆盖超宽带范围，即3.1-10.6GHz。在其带宽内无陷波特性，不能同时屏蔽上述几种窄带信号的干扰。

(2)辐射贴片4无矩形开槽时，天线的带宽为3.1-12.0GHz,在3.3-5.35GHz频段有陷波特性，能同时屏蔽上述窄带信号的干扰。天线频带覆盖了3.1-10.6GHz的超宽带范围，但高频部分性能较差。

(3)辐射贴片4无阶梯形凸起结构时，天线的带宽为3.1-9.4GHz,在3.3-5.4GHz频段有陷波特性，但不能覆盖3.1-10.6GHz的超宽带范围。

(4)辐射贴片完整(即无阶梯形凸起结构、卧倒状C形缝隙5、矩形开槽)时，天线的带宽为4.2-8.9GHz,变成了宽带天线。

(5)辐射贴片同时具有阶梯形凸起结构、卧倒状C形缝隙5和矩形开槽时，天线的带宽为3.1-12.0GHz,完全覆盖了3.1-10.6GHz的超宽带范围，在3.3-5.35GHz频段有陷波特性，能同时屏蔽上述几种窄带信号的干扰，且低、中、高频部分性能均较好，谐振度良好。可见，当天线同时具有梯形结构、倒C形缝隙和矩形开槽时，该三种结构可以极大的改变贴片上电流的分布特性，增加了表面电流的长度，不仅可以在低频产生所需要的陷波特性，而且可以提高高频，在中、高频具有良好的谐振度和性能。

此外，在除了带陷频段的有效带宽内，本发明天线的回波损耗均在-10dB以下，在3.2、6.1、8.3GHz频点处甚至达到了-17.5、-25、-28.5dB,实现了良好的阻抗匹配。

由图6可知：本发明天线其接地板1为矩形时，天线低、中频谐振度较差；当接地板1有矩形开槽时，天线低频谐振度较差，高频谐振度逐渐恶化，且高频有所下降；当天线的接地板1由矩形和梯形构成时，天线低、中频谐振度也较差；可见，可通过接地板1的矩形开槽来调谐天线，能适宜增加低、中频谐振度；通过矩形和梯形结合来增加低频和高频匹配程度，且能提高高频，使本发明天线达到良好的阻抗匹配。

由图7(a)至图7(c)可知，本发明天线在E面和H面的辐射方向图分别呈近似倒“8”字形(E面高频部分出现少量旁瓣)及接近全向的辐射特性，且天线在3.2、6.5、9.5GHz三个频点处的最大增益分别为2.6、3.3、5.0dB。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.可屏蔽多种窄带信号干扰的超宽带天线，包括接地板、介质基板、馈电网络和辐射贴片，其特征在于，接地板设于介质基板一侧，介质基板另一侧设有馈电网络和辐射贴片，接地板为梯形与矩形连接为一体的结构，所述梯形的上端设有矩形开槽，辐射贴片的一端设有阶梯形凸起，另一端设有矩形开槽，所述辐射贴片的阶梯形凸起端与馈电网络相连接，所述辐射贴片上刻蚀有卧倒状的C形缝隙，所述馈电网络由微带线构成。

2.根据权利要求1所述的可屏蔽多种窄带信号干扰的超宽带天线，其特征在于，所述C形缝隙的缝宽为1mm。

3.根据权利要求1所述的可屏蔽多种窄带信号干扰的超宽带天线，其特征在于，所述介质基板由聚四氟乙烯制成。

4.根据权利要求1或3所述的可屏蔽多种窄带信号干扰的超宽带天线，其特征在于，所述介质基板的相对介电常数为2.08，其介电损耗正切值为0.001。

5.根据权利要求1或3所述的可屏蔽多种窄带信号干扰的超宽带天线，其特征在于，所述介质基板的厚度为1mm。

6.根据权利要求1或3所述的可屏蔽多种窄带信号干扰的超宽带天线，其特征在于，所述介质基板的长和宽分别为25mm和20mm。