CN106025531A - 一种具有三陷波特性的超宽带天线 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种三陷波特性的超宽带天线，涉及无线通信技术领域，包括接地板、辐射单元、辐射贴片基板和馈电结构，所述的接地板与辐射单元在同一面、接地板上刻蚀矩形宽缝隙、辐射单元为菱形结构；在辐射单元刻蚀M形槽、接地板的矩形宽缝隙上端刻蚀对称的双L形调谐枝节。本发明具有如下有益效果：本发明实现了天线的超宽带特性，工作频段为3‑12GHz，并且在3.2‑3.7GHz、5.1‑5.8GHz、8.2‑8.7GHz频段内实现了天线的电压驻波比大于2；本发明通过菱形辐射单元与接地板的矩形宽缝隙之间的耦合作用实现天线的超宽带特性；本发明具有低剖面、结构简单、易于集成及成本低等优点。

Description

一种具有三陷波特性的超宽带天线
技术领域
本发明涉及无线通信技术领域，具体涉及一种具有三陷波特性的超宽带天线。
背景技术
超宽带(Ultra Wideband，UWB)通信技术是一种新型短距离无线通信技术，随着新型智能无线通信系统和通信技术的快速发展，以及生活水平的不断提高，人们己经不再仅仅满足于单调的文字和语音等简单信息的通信传递，高清图片，高清视频，多媒体等大量复杂信息的高速通信成为当今社会日益迫切的需求，对无线通信系统的带宽、数据传输速率和吞吐量提出了更高的要求，因此，超宽带(UWB)技术已成为无线通信领域中最有竞争力和发展前景的热门技术之一，并且已经广泛应用于无线监控、多媒体业务、网络商务和应用、高分辨率超宽带雷达、探地雷达、精确定位系统等方面。
2002年美国联邦通信委员会(FCC)将3.1-10.6GHz频段分配给UWB无线通信业务以来，UWB通信系统引起了国内外学术界和工业界的广泛兴趣并成为研究热点；然而随着各种通信协议的不断增多，频谱资源也日益紧张，为了实现UWB通信系统与现有其他窄带通信系统能保持兼容，降低各个系统信号之间的潜在干扰，使用滤波器是一种最为常见的方法，但是这样一般会增加整个系统的复杂性，加大成本，也不利于系统的小型化；为了克服以上这些困难，一种简单有效的方法就是使用具有陷波特性的UWB天线，使UWB天线在所需要的阻带频段内呈现较大的反射系数，即具有陷波功能。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提出一种具有三陷波特性的超宽带天线，该天线具有超宽带特性，解决了UWB通信系统与现有其他窄带通信系统能的兼容性问题。
本发明通过如下技术方案实现：一种具有三陷波特性的超宽带天线，包括接地板、辐射单元、辐射贴片基板和馈电结构，所述接地板位于辐射贴片基板的四周，所述辐射单元位于辐射贴片基板的中央，所述的接地板与辐射单元在同一面且；所述的接地板上刻蚀矩形宽缝隙，所述的辐射单元为菱形结构；在辐射单元刻蚀M形槽，在接地板的矩形宽缝隙上端刻蚀对称的双L形调谐枝节。
作为优选，整个天线尺寸W×L×H为32mm×32mm×0.508mm。
作为优选，天线的馈电结构采用共面波导馈电线。
作为优选，天线的馈电结构宽度s＝1.0mm，馈电结构与接地板的缝隙g＝0.3mm。
作为优选，辐射贴片基板采用厚度为0.508mm，相对介电常数为3.66、损耗角正切为0.0037的Rogers 4350B介质基板。
作为优选，辐射贴片基板长和宽为32mm*32mm，与接地板的长和宽尺寸保持一致。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：本发明实现了天线的超宽带特性，工作频段为3-12GHz，并且在3.2-3.7GHz、5.1-5.8GHz、8.2-8.7GHz频段内实现了天线的电压驻波比大于2；本发明采用共面波导馈电线，天线的辐射单元和接地板在同一面，天线的辐射单元为菱形结构，接地板上刻蚀矩形宽缝隙槽，通过菱形辐射单元与接地板的矩形宽缝隙之间的耦合作用实现天线的超宽带特性；本发明具有低剖面、结构简单、易于集成及成本低等优点。
附图说明
图1具有三陷波特性的超宽带天线结构示意图；
其中，辐射贴片基板1、共面波导馈电线2、菱形辐射单元3、矩形宽缝隙接地板4、M形槽5、双L形调谐枝节6；
图2具有三陷波特性的超宽带天线电压驻波比仿真(simulated)和测试(measured)图；
图3具有三陷波特性的超宽带天线增益(Gain)仿真图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明内容做进一步说明。
一种具有三陷波特性的超宽带天线包括接地板、辐射单元、辐射贴片基板和馈电结构，所述接地板位于辐射贴片基板的四周，所述辐射单元位于辐射贴片基板的中央，所述的接地板与辐射单元在同一面且；所述的接地板上刻蚀矩形宽缝隙，所述的辐射单元为菱形结构；在辐射单元刻蚀M形槽，在接地板的矩形宽缝隙上端刻蚀对称的双L形调谐枝节。
进一步地，整个天线尺寸W×L×H为32mm×32mm×0.508mm。
进一步地，天线的馈电结构采用共面波导馈电线。
进一步地，天线的馈电结构宽度s＝1.0mm，馈电结构与接地板的缝隙g＝0.3mm。
进一步地，辐射贴片基板采用厚度为0.508mm，相对介电常数为3.66、损耗角正切为0.0037的Rogers 4350B介质基板。
进一步地，辐射贴片基板长和宽为32mm*32mm，与接地板的长和宽尺寸保持一致。
实施例，如图1所示，超宽带天线包括辐射贴片基板1、共面波导馈电线2、菱形辐射单元3、矩形宽缝隙接地板4、M形槽5、双L形调谐枝节6；共面波导馈电线2、菱形辐射单元3、矩形宽缝隙接地板4、M形槽5和双L形调谐枝节6分别位于辐射贴片基板1的正面，其中矩形宽缝隙接地板4位于辐射贴片基板1的四周，菱形辐射单元3位于辐射贴片基板1的中央并在菱形辐射单元3上刻蚀M形槽5，在矩形宽缝隙的上方添加双L形调谐枝节6。
天线的结构有参数La1、La2、ta、Lb1、Lb2、Lb3、tb和k所决定，如表1所示。
表1.三陷波超宽带天线的相关参数(单位：mm)
原理说明：本发明通过共面波导馈电线馈入，然后通过菱形辐射单元与矩形接地板之间的耦合作用实现天线的超宽带特性；通过菱形辐射单元的M形槽实现超宽带天线的陷波特性；通过接地板矩形宽缝隙上端的对称的双L形调谐枝节实现超宽带天线的另外两个陷波特性。
在天线辐射贴片刻蚀开槽，这种辐射贴片上的窄缝隙结构是最早被提出和最为常用的谐振结构。其基本原理是相当于在天线的传输线模型中串联了短路枝节，根据经验公式，缝隙长度一般等于所需要阻带频带中心频率对应波长的一半，用公式表示为
f n o t c h = c 2 l ( ϵ r + 1 ) / 2 - - - ( 1 )
其中，l为槽的长度，c为光速，εr为基板的相对介电常数。
本发明达到了如下工作参数：天线电压驻波比小于2的工作带宽为3-12GHz，并在3.2-3.7GHz、5.1-5.8GHz、8.2-8.7GHz这三个频段的电压驻波比大于2；天线在工作频段内的增益为2-5dBi，而在3.3GHz、5.4GHz、8.4GHz增益分别下降至-4dBi、-9dBi和-8dBi；同时该天线还具有低剖面、结构简单、容易加工、成本低的特点。
虽然本发明以较佳实施实例公开如上，但它们并不是用来限定发明，任何熟悉此技艺者，在不脱离本发明之精神和范围内，自当可做各种变化和润饰，因此本发明的保护范围应当以本申请的权利要求保护范围所界定的为准。

Claims (6)

1.一种具有三陷波特性的超宽带天线，包括接地板、辐射单元、辐射贴片基板和馈电结构，其特征在于，所述接地板位于辐射贴片基板的四周，所述辐射单元位于辐射贴片基板的中央，所述的接地板与辐射单元在同一面且；所述的接地板上刻蚀矩形宽缝隙，所述的辐射单元为菱形结构；在辐射单元刻蚀M形槽，在接地板的矩形宽缝隙上端刻蚀对称的双L形调谐枝节。
2.根据权利要求1所述的一种具有三陷波特性的超宽带天线，其特征在于，整个天线尺寸W×L×H为32mm×32mm×0.508mm。
3.根据权利要求1或2所述的一种具有三陷波特性的超宽带天线，其特征在于，天线的馈电结构采用共面波导馈电线。
4.根据权利要求3所述的一种具有三陷波特性的超宽带天线，其特征在于，天线的馈电结构宽度s＝1.0mm，馈电结构与接地板的缝隙g＝0.3mm。
5.根据权利要求1所述的一种具有三陷波特性的超宽带天线，其特征在于，辐射贴片基板采用厚度为0.508mm，相对介电常数为3.66、损耗角正切为0.0037的Rogers 4350B介质基板。
6.根据权利要求1或5所述的一种具有三陷波特性的超宽带天线，其特征在于，辐射贴片基板长和宽为32mm*32mm，与接地板的长和宽尺寸保持一致。
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