CN104953288A - 在多个频段具有带陷特性的小型超宽带天线 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种在多个频段具有带陷特性的小型超宽带天线，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，辐射贴片为带有阶梯形凸起的矩形结构，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U形槽和T形槽，所述馈电网络由微带线构成。本发明天线能有效地抑制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。本发明天线尺寸小巧、结构简单、易于制作和穿戴，且性能良好，可应用于多种超宽带通信。

Description

在多个频段具有带陷特性的小型超宽带天线

技术领域

本发明涉及天线技术领域，更具体的说，是涉及在多个频段具有带陷特性的小型超宽带天线。

背景技术

随着近几十年科学技术的飞速发展，低功率及高速率传输成为现代无线通信的关键技术，与此同时，超宽带(Ultra-wideband,UWB)技术开始出现，随后得到了快速发展，超宽带技术由于其高数据传输成为了目前通信技术的一个研究热点。但是，伴随着无线通信的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。于是，2002年，美国联邦通信委员会开放了3.1-10.6GHz超宽带通信无线电频段的商业许可，以缓解频带资源的紧张以及应对高速通信的需求。

另一方面，用来接收和发射电磁波的天线成为了无线通信系统的一个重要模块，无线通信的发展为各种天线的提出和应用提供了广阔的发展空间，超宽带天线有着高数据率、低损耗、制作简单等其他窄带通信系统无可比拟的优势，一直是通信领域学者们研究的课题之一，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，提供一种在多个频段具有带陷特性的小型超宽带天线，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。本发明天线尺寸小巧、结构简单、易于制作和穿戴，且性能良好，可应用于多种超宽带通信。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

在多个频段具有带陷特性的小型超宽带天线，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，辐射贴片为带有阶梯形凸起的矩形结构，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U形槽和T形槽，所述馈电网络由微带线构成。

所述U形槽和T形槽的槽宽均为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U形槽和T形槽，当天线同时具有U形和T形开槽时，这两种结构可以很大程度上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，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频段产生带陷特性，即可以同时对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)等多个频段产生带陷特性，能很好的抑制了这几种窄带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.本发明天线的辐射贴片为带有阶梯形凸起的矩形结构，阶梯形凸起端与馈电网络相连接可增加天线的带宽，产生渐变谐振，使谐振模式可平滑的转移到其他模式，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6(a)是改变本发明中U形槽的竖向槽长即W的数值进行仿真得到的仿真结果。

图6(b)是改变本发明中T形槽的横向槽长即L的数值进行仿真得到的仿真结果。

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-U形槽6-T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至图3所示，在多个频段具有带陷特性的小型超宽带天线，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，馈电网络3由微带线构成，辐射贴片4为带有阶梯形凸起的矩形结构，所述辐射贴片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U形槽5和T形槽6，U形槽5和T形槽6的槽宽均为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U形槽5和T形槽6的槽宽均为1mm，介质基板2的厚度为1mm。

如图5所示：

(1)辐射贴片4只有U形开槽时，天线的带宽为3.1-12.0GHz,完全覆盖超宽带范围，即3.1-10.6GHz。在3.3-5.35GHz频段具有陷波特性，能同时屏蔽上述几种窄带信号的干扰。

(2)辐射贴片4只有T形开槽时，天线的带宽为4.0-10.5GHz，不能完全覆盖超宽带范围。在5.5-6.9GHz频段，天线的回波损耗大于并接近-10dB，几乎无陷波特性。

(3)辐射贴片4无开槽结构时，天线的带宽为4.0-11.1GHz,不能完全覆盖超宽带范围。在5.8-6.8GHz频段，天线的回波损耗略高于-10dB，几乎无陷波特性。

(4)辐射贴片4具有U形和T形开槽时，天线的带宽为3.1-12.0GHz,完全覆盖超宽带范围。在3.3-5.35GHz频段具有陷波特性，能同时屏蔽上述几种窄带信号的干扰，且此时天线的阻抗匹配程度比辐射贴片4只有U形开槽时更好，相同频率下回波损耗值更小。可见，当天线同时具有U形和T形开槽时，这两种结构可以很大程度上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，具有良好的谐振度和性能。

此外，通过在与馈电网络3相连的辐射贴片4一端上制作出阶梯形凸起结构可以增加天线的带宽，产生渐变谐振，使谐振模式可平滑的转移到其他模式。因此，辐射贴片4上的阶梯形凸起结构、U形和T形开槽都对天线的带宽及性能产生影响，当同时具有以上三种结构时，会使贴片上电流分布不均匀，增加了表面电流的长度，进而得到期望的天线性能。由图5还可以看出，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、8.2GHz频点处甚至达到了-18.7、-23.5dB,实现了良好的阻抗匹配。

由图6(a)和图6(b)可看出，本实施例中的天线的U形槽的竖向槽长即W＝9mm,T形槽的横向槽长即L＝6mm时，天线的带宽为3.1-12.0GHz,完全覆盖超宽带范围，即3.1-10.6GHz。在3.3-5.35GHz频段具有陷波特性，能同时抑制上述几种窄带信号的干扰；当W减小时，天线的阻带发生了右移，且天线在中、高频阻抗匹配程度变坏；当W增大时，天线的阻带发生了左移，且有效频带的高频有所下降，带宽变窄；当L减小时，天线的阻抗匹配在高频部分发生恶化，且带宽相对减小；当L增大时，天线中频部分的阻抗匹配相对变坏。

由图7(a)至图7(c)可知，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2.57、3.71、4.89dB。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.在多个频段具有带陷特性的小型超宽带天线，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，辐射贴片为带有阶梯形凸起的矩形结构，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U形槽和T形槽，所述馈电网络由微带线构成。

2.根据权利要求1所述的在多个频段具有带陷特性的小型超宽带天线，其特征在于，所述U形槽和T形槽的槽宽均为1mm。

3.根据权利要求1所述的在多个频段具有带陷特性的小型超宽带天线，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所述的在多个频段具有带陷特性的小型超宽带天线，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所述的在多个频段具有带陷特性的小型超宽带天线，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所述的在多个频段具有带陷特性的小型超宽带天线，其特征在于，所述介质基板的长和宽分别为25mm和20mm。