CN105958203A - 一种超宽带陷波天线 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种超宽带陷波天线，包括：基板、固定于基板下表面的地板、设置于所述基板上表面的辐射贴片和与辐射贴片相连接的馈电线；通过在地板上设置包括两个圆形开口环的开口谐振环，且两个开口环的开口大小不一致，开口方向相差180°；并通过在馈电线上设置有开口朝向所述辐射贴片的线状的U形槽，其中所述U形槽的开口端位于所述辐射贴片内，开口端设置有向U形槽内部延伸的回折边，所述U形槽与所述馈电线远离辐射贴片一侧的边缘和左右边缘存在间距；解决了现有技术中，频段为5.15‑5.825GHz的WLAN和频段为7.0‑8.5GHz X的波段卫星通信系统，在使用的过程中会对超宽带天线产生影响的问题。

Description

一种超宽带陷波天线

技术领域

本发明涉及一种天线，尤其涉及一种超宽带陷波天线。

背景技术

自从超宽带(Ultra-wide-band，UWB)3.1-10.6GHz频段被确定可以进行民用通信以来，UWB通讯系统就以低功耗、高宽带、易于设计等优点而备受关注。超宽带天线作为UWB通讯系统的重要组成部分，因其具有良好的全辐射特性和稳定的增益等优点，而被广泛应用。

但随着通信行业的快速发展，无线局域网(Wireless-local-area-network，WLAN)和X波段卫星通信系统都已被广泛的应用，他们对应的频段分别为5.15-5.825GHz和7.0-8.5GHz。这两个频段均覆盖在超宽带频段范围内，会给超宽带频段通信系统的使用带来影响。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种超宽带陷波天线，解决了现有技术中，无线局域网频段与X波段卫星通信系统对超宽带天线使用时带来的影响。

本发明提供了一种超宽带陷波天线，所述天线包括：基板、固定于基板下表面的地板、设置于所述基板上表面的辐射贴片和与所述辐射贴片相连的馈电线；

本发明的技术方案包括：

所述地板上设置有开口谐振环，所述开口谐振环包括两个圆形的开口环，其中所述两个圆形的开口环是同圆心的，所述两个开口环的开口大小不一致，且所述两个开口环的开口方向相差180°，所述开口谐振环位于正对所述辐射贴片的位置，且与所述地板的四周存在间距；

所述馈电线上设置有开口朝向所述辐射贴片的线状的U形槽，其中所述U形槽的开口端位于所述辐射贴片内，开口端设置有向U形槽内部延伸的回折边，所述U形槽与所述馈电线远离辐射贴片一侧的边缘和左右边缘存在间距。

上述天线，优选的，所述辐射贴片靠近所述馈电线的一侧设置有线状的倒C形槽，所述倒C形槽开口端的端面位于所述U形槽开口端的端面和所述馈电线靠近所述辐射贴片端的端面之间。

上述天线，优选的，所述基板上表面的边缘与所述辐射贴片之间形成椭圆缝隙。

上述天线，优选的，所述馈电线的形状为矩形。

上述天线，优选的，所述馈电线采用共面波导馈电方式。

上述天线，优选的，所述辐射贴片的形状为椭圆球拍形。

上述天线，优选的，所述基板长度的取值范围为23～27mm，宽度的取值范围为23～27mm，厚度的取值范围为0.6～0.9mm。

上述天线，优选的，所述基板的材料为FR-4环氧玻璃纤维板。

上述天线，优选的，所述辐射贴片的形状为圆形。

上述天线，优选的，所述谐振环的两个开口环的形状为方形。

本发明提供了一种超宽带陷波天线，包括：基板、固定于基板下表面的地板、设置于所述基板上表面的辐射贴片和与辐射贴片相连接的馈电线；通过在地板上设置包括两个圆形开口环的开口谐振环，且两个开口环的开口大小不一致，开口方向相差180°；并通过在馈电线上设置有开口朝向所述辐射贴片的线状的U形槽，其中所述U形槽的开口端位于所述辐射贴片内，开口端设置有向U形槽内部延伸的回折边，所述U形槽与所述馈电线远离辐射贴片一侧的边缘和左右边缘存在间距；解决了现有技术中，频段为5.15-5.825GHz的WLAN和频段为7.0-8.5GHz X的波段卫星通信系统，在使用的过程中会对超宽带天线产生影响的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1-a是本发明一种超宽带陷波天线的正视图；

图1-b是本发明一种超宽带陷波天线的后视图；

图2-a是加入C形槽、U形槽和开口谐振环前后天线回波损耗图；

图2-b是加入C形槽、U形槽和开口谐振环前后天线对驻波的影响示意图；

图3是本发明的超宽带陷波天线的倒C形槽闭口端到开口端端面的垂直距离L₅对天线驻波比的影响示意图；

图4是本发明的超宽带陷波天线的U形槽回折边的长度L₇对天线驻波比的影响示意图；

图5是本发明的超宽带陷波天线谐振环中内环的开口尺寸g₁和外环的开口尺寸g₂对天线驻波比的影响示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参考图1-a和图1-b，示出了一种超宽带陷波天线的结构示意图，其中图1-a为本发明一种超宽带陷波天线的正视图，图1-b为本发明一种超宽带陷波天线的后视图。所述天线包括：基板1、固定于基板下表面的地板2、设置于所述基板上表面的辐射贴片3和与所述辐射贴片相连的馈电线4。

所述天线的结构为：

所述地板2上设置有开口谐振环5，所述开口谐振环5包括两个圆形的开口环，其中所述两个圆形的开口环是同圆心的，所述两个开口环的开口大小不一致，且所述两个开口环的开口方向相差180°，所述开口谐振环5位于正对所述辐射贴片3的位置，且与所述地板2的四周存在间距；

所述馈电线4上设置有开口朝向所述辐射贴片3的线状的U形槽6，其中所述U形槽6的开口端位于所述辐射贴片3内，开口端设置有向U形槽内部延伸的回折边10，所述U形槽6与所述馈电线4远离辐射贴片3一侧的边缘和左右边缘存在间距。

本发明中，通过在地板上设置谐振环，通过调整谐振环中两个开口环的开口的大小，实现7.0-8.5GHz频段的陷波，通过在馈天线上设置U形槽，通过调节槽的尺寸，实现5.15-5.825GHz的陷波。并且本发明的结构紧凑，尺寸小巧。

本发明中，所述辐射贴片3靠近所述馈电线的一侧设置有线状的倒C形槽7，所述倒C形槽7开口端的端面位于所述U形槽6开口端的端面和所述馈电线4靠近所述辐射贴片3端的端面之间。

本发明中，通过在辐射贴片上设置倒C形槽，通过调节倒C形槽中弧形槽的尺寸，实现了对3.1-3.9频段的陷波。解决了现有技术中全球微波互联网络(Worldwide Interoperability for Microwave Access，WiMAX)在通信的使用过程中对超宽带天线的影响。

本发明中，所述基板上表面1的边缘与所述辐射贴片之间形成椭圆缝隙8。

本发明中，所述馈电线4的形状为矩形。

本发明中，所述馈电线4采用共面波导馈电方式。

本发明中，所述馈电线4与馈电线周围的基板之间有缝隙9，形成了共面波导馈电的形式。

本发明中，所述辐射贴片3的形状为椭圆球拍形。

本发明中，所述基板采用的是FR-4环氧玻璃纤维板。

本发明中，所述基板长度的取值范围为23～27mm，宽度的取值范围为23～27mm，厚度的取值范围为0.6～0.9mm。

本发明中，最优选的方案是，选用长度为25mm、宽度为25mm、厚度为0.8mm的基板。

本发明中，所述辐射贴片的形状为圆形。

本发明中，所述谐振环的两个开口环的形状为方形。

本发明中，采用成本低廉的FR-4环氧玻璃纤维板，整个基板的尺寸采用25×25m²，厚度仅为0.8mm，并且通过采用印刷天线结构和共面波导结构，大大缩小了天线体积。

本发明中，对于超宽带陷波天线的设计，优选的尺寸可以为：

椭圆缝隙8的长半轴为a₁＝12.2mm，短半轴b₁＝10.5mm。

矩形馈电线的长度为L₂＝6.5mm，宽度为S＝3.0mm，与基板上表面左右两边共面波导辐射贴片相距(即缝隙9)为g＝0.6mm。

椭圆球拍形辐射贴片上的倒C形槽闭口端端面的矩形槽道的长度的一半为W₅＝5mm，宽度为s₁＝0.2mm，矩形槽道闭口端端面到开口端端面的垂直距离为L₅＝3mm，倒C形槽开口端处的弧形槽最内侧到离弧形槽最近的U形槽边缘处最外侧的距离W₉＝1.5mm，倒C形槽中两个弧形槽槽道的宽度均为s₂＝0.8mm。

U形槽中开口方向的一端左右对称的两个顶端端面的矩形槽槽道的长度均为W₆＝0.7mm，U形槽回折边10的长度均为L₇＝2.0mm，U形槽最外部左右两边边缘处矩形槽槽道的长度均为L₆＝4.5mm，U形槽闭口端端面长度的一半为W₇＝1.0mm，U形槽中所有矩形槽的宽度均为s₃＝0.2mm。

谐振环的内谐振环里外两个圆的半径分别为R₃＝3.5mm和R₄＝3.3mm，向上的开口矩形长度为g₁＝3.5mm，外谐振环里外两个圆的半径分别为R₁＝4.2mm和R₂＝4.0mm，向下的开口矩形长度为g₂＝1mm。

参考图2，为本发明加入C形槽、U形槽和开口谐振环前后天线的仿真图，其中，图2-a为加入C形槽、U形槽和开口谐振环前后天线回波损耗图，图2-b为加入C形槽、U形槽和开口谐振环前后天线驻波比结果图，从图中可以看出，超宽带陷波天线在3.1-10.6GHz频段内电压驻波比小于2，满足超宽带天线的工作频段，超宽带陷波天线在3.1-3.9、5.15-5.825GHz和7.0-8.5GHz三个频段内电压驻波比大于5，具有陷波特性，因此完全能够抑制WiMAX、WLAN和X波段对超宽带天线的影响。

参考图3，表示的是倒C形槽中倒C形槽闭口端到开口端端面的垂直距离L₅的变化对天线陷波性能的影响，并表明倒C形槽使得天线在WiMAX频段产生陷波。由图可知，随着L₅的变化，对应的中心陷波频率也出现明显的变化，随着L₅的增大，天线的第一个陷波频段逐渐向低频段平移，驻波比的值也有所减小。因此，可以通过调节L₅的值来实现不同频段的陷波。

参考图4，表示的是超宽带陷波天线的U形槽回折边的长度L₇对天线驻波比的影响，并表明使其在WLAN频段产生相应的陷波功能。从图4中可以看出，随着L₇的增大，天线的第二个陷波频段对应的中心频率呈现逐渐减小的趋势。因此，可以通过调节L₇的值来实现不同频段的陷波。

参考图5，表示的是开口谐振环的尺寸对天线驻波比的影响，并表明使其在X波段卫星通信频段产生了相应的陷波功能。从图中可以看出，随着内谐振环中向上的开口矩形长度g₁以及外谐振环中向下的开口矩形长度g₂的不断增大，天线的第三个陷波频段逐渐向更高的频段平移，驻波比的值也有所减小。因此，可以调节参数g₁和g₂的值来达到所需要抑制的频率点，从而优化天线高频端的驻波比特性。

本发明中，参考图3-图5，从中可以看出，天线中C形槽、U形槽和开口谐振环所产生的三个陷波频段之间的相互影响并不大，各自产生的陷波频段与三者同时存在时产生的陷波频段没有产生较大的偏移，三者具有较高的隔离度。因此，可以通过调节C形槽、U形槽和开口谐振环的具体尺寸和位置等参数，从而实现通带内任意三个频段点干扰信号的目的，增加了天线设计和使用的灵活性。

本发明中，WiMAX和WLAN的陷波频段的中心频率能够由以下两个公式计算得出：

$f_{WiMAX}-notch=c/L_C\sqrt{2({\mathrm{\ϵ}}_r+1)}$

$f_{WLAN}-notch=c/L_U\sqrt{2({\mathrm{\ϵ}}_r+1)}$

c代表真空中的光速，ε_r表示相对介电常数，L_C＝2L₅+2W₅、L_U＝2(L₆+L₇+2S₃+W₇)。L₅、W₅分别是C形槽中矩形槽和圆形槽的长度，L₆、L₇和W₇分别是U形槽中矩形槽的长度和宽度，S₃是U形槽中矩形槽的宽度。

X波段卫星通信系统的中心频率ω₀根据以下公式计算：

${\mathrm{\ω}}_0=\frac{1}{2\mathrm{\π}}\sqrt{\frac{1}{{\mathrm{LC}}_0{R}_0}}$

$R_0=\frac{R_1+R_3}{2}$

其中，R₀表示地板上加载的一对开口谐振环中，圆环半径R₀为R₁和R₃的平均值，L表示整个开口谐振的总电感，C₀表示总电容。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种超宽带陷波天线，所述天线包括：基板、固定于基板下表面的地板、设置于所述基板上表面的辐射贴片和与所述辐射贴片相连的馈电线；其特征在于，

所述地板上设置有开口谐振环，所述开口谐振环包括两个圆形的开口环，其中所述两个圆形的开口环是同圆心的，所述两个开口环的开口大小不一致，且所述两个开口环的开口方向相差180°，所述开口谐振环位于正对所述辐射贴片的位置，且与所述地板的四周存在间距；

所述馈电线上设置有开口朝向所述辐射贴片的线状的U形槽，其中所述U形槽的开口端位于所述辐射贴片内，开口端设置有向U形槽内部延伸的回折边，所述U形槽与所述馈电线远离辐射贴片一侧的边缘和左右边缘存在间距。

2.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，

所述辐射贴片靠近所述馈电线的一侧设置有线状的倒C形槽，所述倒C形槽开口端的端面位于所述U形槽开口端的端面和所述馈电线靠近所述辐射贴片端的端面之间。

3.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，

所述基板上表面的边缘与所述辐射贴片之间形成椭圆缝隙。

4.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，

所述馈电线的形状为矩形。

5.根据权利要求4所述的天线，其特征在于，

所述馈电线采用共面波导馈电方式。

6.根据权利要求2所述的天线，其特征在于，

所述辐射贴片的形状为椭圆球拍形。

7.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，

所述基板长度的取值范围为23～27mm，宽度的取值范围为23～27mm，厚度的取值范围为0.6～0.9mm。

8.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，

所述基板是FR-4环氧玻璃纤维板。

9.根据权利要求2所述的天线，其特征在于，

所述辐射贴片的形状为圆形。

10.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，

所述谐振环的两个开口环的形状为方形。