CN104953287B - 具有多种陷波功能的超宽带天线 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种具有多种陷波功能的超宽带天线，包括在介质板的顶面沿纵向中心线设置有矩形的辐射贴片，在辐射贴片的横向两边靠里对称开有一个矩形槽，两边的矩形槽之间设置有一个倒U型的外层缝隙槽，辐射贴片沿缝隙槽开口方向的底边连接有馈电微带线；在介质板的背面设置有两边带矩形切角的地。本发明的超宽带天线，三种方式的天线结构和原理相近，通过在矩形辐射贴片上增加倒U型的缝隙槽的数量分别实现双频、三频、四频的陷波功能，并且设计陷波频段时能够通过调节倒U型的缝隙槽的长度来选择需要陷波的频段。
Description
技术领域
本发明属于超宽带天线技术领域，涉及一种具有多种陷波功能的超宽带天线。
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。
但是超宽带其本身的较宽的频段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 802.16Worldwide Interoperability for MicrowaveAccess)，5.15-5.35GHz和5.725-5.825GHz WLAN(IEEE 802.11a wireless local areanetworks)，6.7-7.1GHz通信卫星C波段(IEEE INSAT/super-extended C-band frequency)等会对超宽带系统造成干扰，必须想办法去掉这种干扰。
在实际应用中，单频段、双频段、三频段、甚至更多频段的干扰环境是存在的，往往是使用天线的是时候也会根据环境来选择需不需要陷波，是单频、双频、三频还是多频的陷波天线，当然这样的天线结构相似，对实际应用系统的影响是最小的。但是事实上，很少有关天线是能够依次衍生出双频、三频、四频陷波功能的天线。2011年赵佳悦采用的是缝隙槽和天线中间空隙处的寄生微带线来设计的一款具有双频的陷波超宽带天线，这种天线虽然在取得了双频的陷波功能，但是很难扩展衍生出三频，四频陷波功能的超宽带天线。
2013年Nasser Ojaroudi，设计的一款通过天线背面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，这种天线也很难在实际工程应用中拓展出具有三频的甚至多频陷波功能的超宽带。
2014年刘英，采用一种交叉“十”字微带线谐振实现了在WiMAX，WLAN以及卫星导航X波段(7.25-8.395GHz)的陷波，这种天线结构虽然比较新颖，但是在衍生其他谐振陷波频段时比较麻烦，也不易于批量生产。
2014年王军辉，通过在天线馈电微带线附近添加一对谐振环设计了一款具有三频陷波功能的超宽带天线，并且谐振环的弧度对陷波频段的中心频率影响比较大，这增加了生产调制的难度。因此设计出陷波原理相近、容易衍生拓展、易于调节的多频段陷波天线，对于实践应用具有很大的意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有多种陷波功能的超宽带天线，解决了现有技术超宽带天线不容易衍生拓展、不方便调节无线通信窄带信号的问题。
本发明所采用的技术方案是，一种具有多种陷波功能的超宽带天线，包括在介质板的顶面沿纵向中心线设置有矩形的辐射贴片，在辐射贴片的横向两边靠里对称开有一个矩形槽，两边的矩形槽之间设置有一个倒U型的外层缝隙槽，辐射贴片沿缝隙槽开口方向的底边连接有馈电微带线；在介质板的背面设置有两边带矩形切角的地。
本发明的具有多种陷波功能的超宽带天线，其特征还在于：
外层缝隙槽的内部刻蚀有内层缝隙槽。
在外层缝隙槽与内层缝隙槽之间刻蚀有一个中间缝隙槽。
介质板的长度为28mm±0.1mm，宽度为25mm±0.1mm，厚度为0.8mm±0.05mm；
辐射贴片的长度为17mm±0.1mm，宽度为14mm±0.1mm；
馈电微带线的长度为6mm±0.1mm，宽度为2mm±0.1mm；
每个矩形槽的长度为16mm±0.1mm，宽度为2.2mm±0.1mm；
地的高度为5mm±0.1mm，宽度为25mm±0.1mm；地的切角长度为7mm±0.1mm，切角宽度为3mm±0.1mm。
外层缝隙槽长度为34.8mm±0.1mm，宽度为0.5mm±0.05mm。
外层缝隙槽的长度为34mm±0.1mm，宽度为0.8mm±0.05mm；内层缝隙槽的长度为21.2mm±0.1mm，宽度为0.8mm±0.05mm。
外层缝隙槽的长度为33mm±0.1mm，宽度为0.6mm±0.05mm；
内层缝隙槽的长度为23.4mm±0.1mm，内层缝隙槽7的底部宽度为1mm±0.1mm；
中间缝隙槽的长度为19.2mm±0.1mm，宽度为0.5mm±0.05mm。
本发明的有益效果是，工作在3.1-10.6GHz的超宽带系统应用中，分别能够实现双频、三频和四频的陷波功能，并且通过调节天线U型缝隙槽的长度来选择需要的陷波频段。天线分上下两层，顶层为辐射贴片和带有陷波功能的矩形槽和U型槽，底层为带有切角的地，天线尺寸小巧，便于加工和无线设备集成，易于拓展和衍生，拥有较好的市场前景。
附图说明
图1是本发明具有双频陷波功能天线正面结构示意图；
图2是本发明具有双频陷波功能天线背面结构示意图；
图3是本发明具有双频陷波功能天线的输入回波损耗曲线图；
图4是本发明具有三频陷波功能天线正面结构示意图；
图5是本发明具有三频陷波功能天线的输入回波损耗曲线图；
图6是本发明具有四频陷波功能天线正面结构示意图；
图7是本发明具有四频陷波功能天线的输入回波损耗曲线图。
图中，1.介质版，2.辐射贴片，3.馈电微带线，4.矩形槽，5.外层缝隙槽，6.地，7.内层缝隙槽，8.中间缝隙槽。
具体实施方式
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，本发明带有多种陷波功能的超宽带天线，其基本结构是，包括在介质板1的顶面沿纵向中心线设置有矩形的辐射贴片2，在辐射贴片2的横向两边靠里对称开有一个矩形槽4，两边的矩形槽4之间设置有至少一个倒U型的缝隙槽(即外层缝隙槽5)，辐射贴片2沿缝隙槽5开口方向的底边连接有馈电微带线3；在介质板1的背面设置有两边带矩形切角的地6。
介质板1、辐射贴片2和带矩形切角的地6共同构成了超宽带天线的基本组成，该天线具有超宽带的性能，这反映在天线的输入反射系数上。左右两边的矩形槽4使得天线获得了6.7-7.1GHz卫星通信C波段的陷波功能，在左右矩形槽4之间的辐射贴片2上刻蚀至少一个缝隙槽来实现额外的陷波功能，还可以刻蚀两个或三个缝隙槽，从外往内依次包围间隔设置，通过不同数量缝隙槽5的设置，分别实现双频、三频、四频的陷波功能。当然如果天线尺寸足够大，这种方式可以实现更多的陷波功能，本发明所述的天线尺寸有限，因此最多可以实现四频的陷波。
以下三种陷波功能天线的介质板1的长度、宽度、高度一致，辐射贴片2的尺寸大小一致，介质板1背面天线地6的结构尺寸一致，辐射贴片2边缘一对矩形槽4的结构大小也一致。
各部位的尺寸范围如下：
介质板1的长度为28mm±0.1mm，宽度为25mm±0.1mm，厚度为0.8mm±0.05mm；
辐射贴片2的长度为17mm±0.1mm，宽度为14mm±0.1mm；
馈电微带线3的长度为6mm±0.1mm，宽度为2mm±0.1mm；
每个矩形槽4的长度为16mm±0.1mm，宽度为2.2mm±0.1mm；
背板地6的高度为5mm±0.1mm，宽度为25mm±0.1mm；地6的切角长度为7mm±0.1mm，切角宽度为3mm±0.1mm。
图1中，外层缝隙槽5长度为34.8mm±0.1mm，宽度为0.5mm±0.05mm。
图4中，外层缝隙槽5的长度为34mm±0.1mm，宽度为0.8mm±0.05mm；内层缝隙槽7的长度为21.2mm±0.1mm，宽度为0.8mm±0.05mm。
图6中，外层缝隙槽5的长度为33mm±0.1mm，宽度为0.6mm±0.05mm；内层缝隙槽7的长度为23.4mm±0.1mm，宽度为0.6mm±0.05mm，为了获得相对较宽的陷波带宽，将内层缝隙槽7的底部宽度增加到1mm±0.1mm；中间缝隙槽8的长度为19.2mm±0.1mm，宽度为0.5mm±0.05mm。
实施例1
参照图1、图2，本发明具有双频陷波功能的超宽带天线，介质板1的介电常数为2.65，介质板1的板材厚度为0.8mm。
通过辐射贴片2和带有切角的地6获得了3.1-10.6GHz的超宽带使用频段，通过一对靠近辐射贴片2左右边缘的矩形槽4，获得了对通信卫星C波段6.7-7.1GHz的陷波功能，在此基础上在两矩形槽4之间的辐射贴片2上刻蚀有一个缝隙槽(外层缝隙槽5)，即可获得另一陷波频段。
外层缝隙槽5长度的计算公式是：Lnotch＝c/(fn*εeff)，
其中，c为光束，fn为陷波的中心频率，εeff为有效介电常数，εeff＝(εr+1)/2，其中εr为介质的介电常数。
双频陷波超宽带天线的接收频段和陷波频段反应在其输入回波损耗曲线上如图3，图3中反应出陷波频段为WiMAX的3.3-3.7GHz频段，其超宽带接收频段为3.0-10.8GHz。
实施例2
参照图4，本发明具有三频陷波功能的超宽带天线结构是，在图1结构的基础上，在外层缝隙槽5的内部刻蚀有内层缝隙槽7，内层缝隙槽7与外层缝隙槽5的开口方向相同。本实施例的具有三频陷波功能的超宽带天线，是在图1双频陷波天线的基础上刻蚀有一个内层缝隙槽7来增加陷波的频段。
该三频陷波超宽带天线的接收频段和陷波频段反应在其输入回波损耗曲线上如图5，图5中反应出新增加的陷波频段为WLAN的5-6GHz频段，其超宽带接收频段为3-10.8GHz。这样就能够使得该三频陷波天线对WiMAX(3.3-3.7GHz)、WLAN(5-6GHz)、INSAT C波段(6.7-7.1GHz)波段卫星信号三个频段有较好的陷波功能。
实施例3
参照图6，本发明具有四频陷波功能的超宽带天线结构是，在图4结构的基础上，在外层缝隙槽5与内层缝隙槽7之间刻蚀有一个中间缝隙槽8。本实施例的具有四频陷波功能的超宽带天线，是在图4三频陷波天线的基础上通过增加中间缝隙槽8，并将缝隙槽进在辐射贴片2上的位置分布来增加陷波的频段。
该四频陷波超宽带天线的接收频段和陷波频段反应在其输入回波损耗曲线上，见图7，该四频陷波天线能够在WiMAX(3.3-3.7GHz)、WLAN(5.15-5.35GHz)和(5.725-5.825GHz)、INSAT C波段(6.7-7.1GHz)具有陷波功能。该四频陷波天线在三频陷波天线的基础上把将WLAN工作的两个频段分开进行陷波，目的是为了获得频段更好的使用率。
Claims (5)
1.一种具有多种陷波功能的超宽带天线，其特征在于：包括在介质板(1)的顶面沿纵向中心线设置有矩形的辐射贴片(2)，在辐射贴片(2)的横向两边靠里对称开有一个矩形槽(4)，两边的矩形槽(4)之间设置有一个倒U型的外层缝隙槽(5)，辐射贴片(2)沿缝隙槽(5)开口方向的底边连接有馈电微带线(3)；在介质板(1)的背面设置有两边带矩形切角的地(6)；
所述的外层缝隙槽(5)的内部刻蚀有内层缝隙槽(7)；
在所述的外层缝隙槽(5)与内层缝隙槽(7)之间刻蚀有一个中间缝隙槽(8)。
2.根据权利要求1所述的具有多种陷波功能的超宽带天线，其特征在于：所述的介质板(1)的长度为28mm±0.1mm，宽度为25mm±0.1mm，厚度为0.8mm±0.05mm；
辐射贴片(2)的长度为17mm±0.1mm，宽度为14mm±0.1mm；
馈电微带线(3)的长度为6mm±0.1mm，宽度为2mm±0.1mm；
每个矩形槽(4)的长度为16mm±0.1mm，宽度为2.2mm±0.1mm；
地(6)的高度为5mm±0.1mm，宽度为25mm±0.1mm；地(6)的切角长度为7mm±0.1mm，切角宽度为3mm±0.1mm。
3.根据权利要求1所述的具有多种陷波功能的超宽带天线，其特征在于：所述的外层缝隙槽(5)长度为34.8mm±0.1mm，宽度为0.5mm±0.05mm。
4.根据权利要求1所述的具有多种陷波功能的超宽带天线，其特征在于：所述的外层缝隙槽(5)的长度为34mm±0.1mm，宽度为0.8mm±0.05mm；内层缝隙槽(7)的长度为21.2mm±0.1mm，宽度为0.8mm±0.05mm。
5.根据权利要求1所述的具有多种陷波功能的超宽带天线，其特征在于：所述的外层缝隙槽(5)的长度为33mm±0.1mm，宽度为0.6mm±0.05mm；
内层缝隙槽(7)的长度为23.4mm±0.1mm，内层缝隙槽7的底部宽度为1mm±0.1mm；
中间缝隙槽(8)的长度为19.2mm±0.1mm，宽度为0.5mm±0.05mm。
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