CN104993224B - 一种具有6.7‑7.1GHz频段陷波功能的超宽带天线 - Google Patents

一种具有6.7‑7.1GHz频段陷波功能的超宽带天线 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种具有6.7‑7.1GHz频段陷波功能的超宽带天线，包括介质板，在介质板顶面沿中心线设置有辐射贴片，辐射贴片连接有馈电微带线，在辐射贴片中开有沿中心线对称的两个矩形槽；在介质板背面设置有切角地。本发明的带陷波功能的超宽带天线通过矩形辐射贴片上对称的矩形槽来实现陷波功能，通过矩形地上的对称切角来实现宽带匹配，结构简单，易于批量生产，在实际应用中不仅可以实现宽带的工作，而且可以实现对印度国家卫星通信C波段6.7‑7.1GHz的信号进行陷波功能，以避免电磁干扰。

Description

一种具有6.7-7.1GHz频段陷波功能的超宽带天线
技术领域
本发明属于超宽带天线技术领域，涉及一种具有6.7-7.1GHz频段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、较低的加工成本，易加工，容易和关联电路集成等特点，而受到了广泛的研究。
然而，在整个超宽带工作频段3.1-10.6GHz中会有一些其它的通信频段会对超宽带通信造成干扰，比如工作在3.4-3.69GHz频段的WiMAX(IEEE802.16 WorldwideInteroperability for Microwave Access)，5.15-5.825GHz频段的WLAN(IEEE 802.11awireless local area networks)，6.7-7.1GHz的印度卫星通信C波段(IEEE INSAT/super-extended C bands)。2008年华南理工大学褚庆昕在微带线辐射贴片上采用缺口环形槽实现对中心频率工作在3.5GHz/5.5GHz的WiMAX/WLAN频段陷波功能。2009年Kenny SeungwooRyu对U型结构天线辐射结构中增加寄生微带线从而实现了对工作在5-6GHz的WLAN频段实现了陷波功能。2009年、2011年和2012年M.Ojaroudi分别研制了三款款在天线辐射表面采用一对寄生微带线结构实现对5-6GHz WLAN频段实现陷波功能的超宽带天线。当然，还有很多事关于对WiMAX和WLAN频段实现陷波功能的超宽带天线。
现有超宽带天线，大部分是对WiMAX和WLAN频段实现了陷波功能，但是，对于印度国家卫星通信C波段的天线实现陷波功能的天线比较少，2013年Mubarak Sani Ellis设计的一款天线对工作在6.7-7.1GHz印度国家卫星通信C波段具有陷波功能，但是其陷波效果不理想。所以，研究实现对印度卫星通信频段C波段天线实现陷波功能的天线，无论在民用的通信领域还是军用的通信、定位、抗干扰领域，都有很大的应用价值和实际意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有6.7-7.1GHz频段陷波功能的超宽带天线，解决了现有技术中受到印度国家卫星通信C波段6.7-7.1GHz干扰，超宽带系统陷波功能效果不理想的问题。
本发明采用的技术方案是，一种具有6.7-7.1GHz频段陷波功能的超宽带天线，包括介质板，在介质板顶面沿中心线设置有辐射贴片，辐射贴片连接有馈电微带线，在辐射贴片中开有沿中心线对称的两个矩形槽；在介质板背面设置有切角地。
本发明的具有6.7-7.1GHz频段陷波功能的超宽带天线，其特征还在于：
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L1为17mm±0.1mm，宽度W1为14mm±0.1mm；
每个矩形槽的长度L2为15mm±0.1mm，宽度W2为2mm±0.1mm；
矩形槽长边与天线边缘的距离W3为2mm±0.1mm，矩形槽短边与天线边缘的距离W4为1mm±0.1mm；
馈电微带线的长度L3为6mm±0.1mm，宽度W5为2mm±0.1mm。
切角地为两层结构，即在底层中部设置有上层凸台，其中，底层高度L5为2mm±0.1mm，上层凸台高度L4为1mm±0.1mm，上层凸台宽度W6为14mm±0.1mm，上层凸台每个侧边切角与底层同侧最外边的距离W7为4.5mm±0.1mm。
本发明的有益效果是，该超宽带天线在3.1-10.6GHz整个频段内的回波损耗小于-10dBm，除了在陷波频段印度国家卫星通信C波段6.7-7.1GHz大于-5dBm，天线的方向图为全向，适应对印度国家卫星通信C波段6.7-7.1GHz产生陷波需求的超宽带应用领域，如雷达追踪、精确定位、保密通信等。
附图说明
图1是本发明超宽带天线顶层的辐射贴片结构示意图；
图2是本发明超宽带天线背面的切角地结构示意图；
图3是本发明超宽带天线应用状态的安装结构示意图；
图4是本发明超宽带天线的回波损耗测试结果曲线；
图5是本发明超宽带天线在4GHz时E面极坐标方向图；
图6是本发明超宽带天线在4GHz时H面极坐标方向图；
图7是本发明超宽带天线在7GHz时E面极坐标方向图；
图8是本发明超宽带天线在7GHz时H面极坐标方向图；
图9是本发明超宽带天线在10GHz时E面极坐标方向图；
图10是本发明超宽带天线在10GHz时H面极坐标方向图。
图中，1.介质板，2.辐射贴片，3.矩形槽，4.馈电微带线，5.切角地；
另外，11.超宽带天线，12.超宽带陷波滤波器一，13.低噪声放大器，14.超宽带陷波滤波器二，15.本振电路，16.混频电路，17.A/D转换，18.超宽带接收机。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
参照图1、图2，本发明带陷波功能的微带超宽带天线，其结构是，包括介质板1，介质板1采用罗杰斯的板材或其它使用微波频段的板材，例如：Rogers、陶瓷等，考虑到成本和板材的质量优选FR4环氧玻璃布材料制作，在介质板1顶面沿中心线设置有辐射贴片2，辐射贴片2连接有馈电微带线4，馈电微带线4外端用于外接其他设备，在辐射贴片2中开有沿中心线对称的两个矩形槽3；在介质板1背面设置有切角地5。
一对矩形槽3对称的设置在辐射贴片2中，是为了实现6.7-7.1GHz的陷波功能。切角地5是在现有矩形地的基础上，对其进行切角改进，以便获得较宽的匹配带宽。
天线的整体最优尺寸大小为长28mm，宽25mm，高0.8mm，不需要增加额外的寄生结构，只需要在天线的辐射贴片2中开设一对对称的矩形槽3，即可以实现陷波功能。
上述结构各个部位的尺寸范围分别是：
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L1为17mm±0.1mm，宽度W1为14mm±0.1mm；
每个矩形槽3的长度L2为15mm±0.1mm，宽度W2为2mm±0.1mm；
矩形槽3长边与天线边缘的距离(横向间隔)W3为2mm±0.1mm，矩形槽3短边与天线边缘的距离(纵向间隔)W4为1mm±0.1mm；
馈电微带线4的长度L3为6mm±0.1mm，宽度W5为2mm±0.1mm；
天线背面的切角地5为两层结构，即在底层中部设置有上层凸台，其中，底层高度L5为2mm±0.1mm，上层凸台高度L4为1mm±0.1mm，上层凸台宽度W6为14mm±0.1mm，上层凸台每个侧边切角与底层同侧最外边的距离W7为4.5mm±0.1mm。
参照图3，将本发明带陷波功能的超宽带天线应用于超宽带通信系统的接收机中，超宽带信号依次经过本发明的超宽带天线11、超宽带陷波滤波器一12、低噪声放大器13、超宽带陷波滤波器二14、下变频电路(包括本振电路15和混频电路16以及混频后的滤波)、A/D转换17和超宽带接收机18，完成信号的接收。
上述的混频电路16之前部分称为微波射频前端电路，混频电路16之后部分称为信号处理解算单元。
超宽带陷波滤波器一12和超宽带陷波滤波器二14的结构、工作原理一致。
低噪声放大器13选用Herotek公司的腔体低噪声放大器模块AF00118253A
下变频电路(包括本振电路15和混频电路16)选用Ettus research公司的RFX1200子板。
A/D转换17用于A/D模数转换。
超宽带接收机18选用Ettus research公司的通用软件无线电平台USRP1。
上述实施例中的电路元件可以根据具体的使用频段和背景进行组合。
图4是本发明带陷波功能的超宽带天线的回波损耗测试结果曲线；曲线中的纵坐标为回波损耗的大小，横坐标为频率，其中-10dB回波损耗的带宽为可接收频段范围，其范围为3.1-10.6GHz满足超宽带接收频段要求。陷波频段即6.7-7.1GHz频段的回波损耗大于-10dB，说明该天线对该频段的印度卫星通信频段C波段有较好的陷波功能。
本发明天线分别在4GHz、7GHz、10GHz频段的超宽带天线E面H面极坐标方向图，其中图5表示4GHz E面极坐方向图，图6表示4GHz H面极坐方向图，图7表示7GHz E面极坐方向图，图8表示7GHz H面极坐方向图，图9表示10GHz E面极坐方向图，图10表示10GHz H面极坐方向图。从在4GHz、7GHz、10GHz频段的E面和H面两个交叉的各个方向图中，可以看出本发明天线的具有很好的全向辐射特性，即无方向性，有较好的接收范围。

Claims (1)

1.一种具有6.7-7.1GHz频段陷波功能的超宽带天线，其特征在于：包括介质板(1)，在介质板(1)顶面沿中心线设置有辐射贴片(2)，辐射贴片(2)连接有馈电微带线(4)，在辐射贴片(2)中开有沿中心线对称的两个矩形槽(3)；在介质板(1)背面设置有切角地(5)；
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L1为17mm±0.1mm，宽度W1为14mm±0.1mm；
每个矩形槽(3)的长度L2为15mm±0.1mm，宽度W2为2mm±0.1mm；
矩形槽(3)长边与天线边缘的距离W3为2mm±0.1mm，矩形槽(3)短边与天线边缘的距离W4为1mm±0.1mm；
馈电微带线(4)的长度L3为6mm±0.1mm，宽度W5为2mm±0.1mm；
所述的切角地(5)为两层结构，即在底层中部设置有上层凸台，其中，底层高度L5为2mm±0.1mm，上层凸台高度L4为1mm±0.1mm，上层凸台宽度W6为14mm±0.1mm，上层凸台每个侧边切角与底层同侧最外边的距离W7为4.5mm±0.1mm。
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