CN106252870A - 一种双陷波超宽带天线 - Google Patents

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刘桂
曾喆
林威洪
陈芸妮
白晶
郅瑞行
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    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/52—Means for reducing coupling between antennas; Means for reducing coupling between an antenna and another structure

Abstract

本发明公布了一种双陷波超宽带天线，它包括：介质基板(1)，辐射单元(2)，共面金属接地板(3)，微带馈线(4)，在辐射单元上引入双T形滤波器(22、23)，在所述接地板上开矩形互补谐振环(CSRR)结构槽(31、32)。所述的辐射单元位于介质基板中上部，微带馈线从介质基板下边缘引向辐射单元，并与之相连，所述接地板由两片分别位于馈线两侧且与馈线同间距的缺角矩形金属板构成。本发明利用共面波导馈电方式，利用类椭圆形贴片实现超宽频带，分别利用所述双T形滤波结构、接地板开矩形互补谐振环槽，来实现WiMAX(3.3～3.7GHz)与WLAN(5.15～5.825GHz)频段的陷波特性。所述的天线可有效减少超宽带系统与WLAN、WiMAX系统之间的相互干扰问题，实现协同通信。

Description

一种双陷波超宽带天线
技术领域
本发明涉及超宽带(Ultra-wideband，UWB)天线领域，尤其是涉及一种双陷波超宽带天线。
背景技术
随着无线通信技术的快速发展，对数据传输速率和清晰度提出了更高的要求。2002年2月，美国联邦通信委员会确定了超宽带的频段为3.1GHz～10.6GHz，并正式向民用通信领域开放，超宽带通信技术因此得到了广泛的关注，超宽带系统的主要目的是实现高速数据传输。
天线作为超宽带系统至关重要的器件，需要满足不同系统的要求，比如工作频率范围、传输功率、方向性等。印刷天线因为具有重量轻、容易集成、尺寸小、带宽宽、结构紧凑等优点而广泛应用于超宽带天线设计中。
在超宽带频段中仍存在不少窄带通信系统，如频段为5.15GHz～5.825GHz的无线局域网(WLAN)和频段为3.3GHz～3.7GHz的无线城域网(WiMAX)等系统，故在实际应用中，超宽带系统会与窄带通信系统(WLAN、WiMAX)之间产生互相干扰，严重影响各自的系统性能。
在整个超宽带频段内，如何减少上述两个无线通信系统信号与超宽带系统信号之间的相互干扰一直是研究的热点之一。在超宽带(UWB)系统中引入带阻滤波器虽可减少二者之间的干扰，但导致系统结构更为复杂、体积更大、成本更高等问题。除此之外，可设计具有陷波结构的超宽带天线，使得天线在一些频段中产生合理的陷波，解决超宽带系统与其它无线通信系统之间存在频带重叠的问题，抑制无线通信系统间的信号干扰，最终改善系统工作性能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种结构新颖、体积小巧、易于加工生产、具有双陷波频段特性的一种双陷波超宽带天线，该天线可减少与WiMAX(3.3GHz～3.7GHz)、WLAN(5.15GHz～5.825GHz)系统之间的信号互相干扰，该天线可应用于民用通信、军事及医疗等领域。
针对上述问题，本发明所采用的技术方案是：
本发明是一种双陷波超宽带天线，其组成包括介质基板、辐射单元、微带馈线与共面金属接地板。所述的辐射单元位于介质基板中上部；微带馈线从介质基板下边缘引向辐射单元，并与其连接；共面金属接地板由两片缺角矩形金属板构成，分别位于微带馈线两侧并与其具有一定的间隙。
所述的辐射单元为类半椭圆形并具有滤波结构。
所述的类半椭圆形辐射贴片上的滤波结构为双T形滤波结构。
所述的共面金属接地板由两片缺角矩形金属板构成。
所述的位于微带馈线两侧的共面金属接地板在远离微带馈线一侧的一角具有矩形切角，为具有矩形切角的矩形金属接地板。
所述的矩形金属接地板上带有槽结构。
所述的槽结构为矩形互补开口谐振环(CSRR)结构。
本发明所述的在辐射单元上开双T形滤波结构，通过调节滤波结构的尺寸来调整陷波频率，产生3.3GHz～3.7GHz陷波频段，减少超宽带通信系统与WiMAX系统之间的信号互扰，实现协同通信。
本发明所述的具有矩形切角的矩形金属接地板，可极大地拓宽天线的工作频段，符合超宽带天线的带宽要求。
本发明所述的在接地板上开CSRR结构槽，通过调节槽的尺寸及位置来调整陷波频率，产生5.15GHz～5.825GHz陷波频段，减少超宽带通信系统与WLAN系统之间的信号互扰，实现协同通信。
本发明所涉及的天线具有良好的超宽频带特性及良好的全向辐射特性，天线的双陷波特性可以使之减少与WiMAX(3.3GHz～3.7GHz)和WLAN(5.15GHz～5.825GHz)系统的信号发生相互干扰。
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的说明。
附图说明
图1是本发明的俯视图；
图2是本发明的侧视图；
图3是本发明实施例的电压驻波比(VSWR)的曲线图；
图4是本发明实施例在频率为4.5GHz的E面和H面的辐射方向图
图5是本发明实施例在频率为7GHz的E面和H面的辐射方向图
图6是本发明实施例在频率为9GHz的E面和H面的辐射方向图
具体实施方式
本发明是具有双陷波的超宽带天线，其结构如图1、图2所示，该天线包括了介质基板(1)，辐射单元(2)，金属接地板(3)和微带馈线(4)。其中辐射单元(2)，金属接地板(3)和微带馈线(4)都位于介质基板的上表面。辐射单元(2)位于介质基板(1)的中上部，与位于中下部的微带馈线(4)相连，两个对称的金属接地板(3)位于微带馈线(4)的两侧，且与微带馈线(4)具有一定的间隙
介质基板(1)厚度为1.59mm，介质是FR-4环氧玻纤布基板，介电常数为4.4。
辐射单元(2)是由一个矩形和半圆形金属贴片构成，具有开槽结构。左右对称的槽(21)位于辐射单元(2)中部，结构类似H形，使辐射贴片(2)产生双T形滤波结构(22、23)，且它们都关于介质基板(1)的中轴线左右对称。对H形槽(21)和双T形结构(22、23)的尺寸进行调整，可以得到天线合适的陷波频率，在3.3GHz到3.7GHz频段产生陷波。
两个金属接地板(3)分别开有矩形互补开口谐振环(CSRR)结构的槽(31)，呈左右对称。对槽(31)和槽(32)的位置以及尺寸进行调整，可使天线在5.15GHz～5.825GHz之间的频段产生陷波。
图3是本发明实施例的天线电压驻波比(VSWR)曲线图，在3.3GHz～3.7GHz和5.15GHz～5.825GHz两个频段内产生陷波，有效地抑制了与超宽带(UWB)频段重叠的WiMAX和WLAN信号，所以采用本发明实施例的超宽带(UWB)无线通信系统与WiMAX和WLAN通信系统互不干扰，可协同通信。
图4、图5与图6分别是本发明实施例天线在4.5GHz、7GHz与9GHz的E面(所述图中的虚线)和H面(所述图中的实线)的辐射方向图，可以看出，本发明实施例在工作频段内呈现全向辐射特性。

Claims (6)

1.一种双陷波超宽带天线，它包括介质基板(1)，辐射单元(2)，共面金属接地板(3)，微带馈线(4)；所述的辐射单元、微带馈线、金属接地板均印刷在介质基板上表面；所述的辐射单元位于介质基板中上部；微带馈线从介质基板边缘引向辐射单元并与其连接，接地板由两片缺角矩形金属板构成，分别位于微带馈线两侧并与其具有一定的间隙。
2.根据权利要求1所述的一种双陷波超宽带天线，其特征在于：所述的辐射单元为类半椭圆形并具有滤波结构。
3.根据权利要求1所述的一种双陷波超宽带天线，其特征在于：所述的共面金属接地板由两片缺角矩形金属板构成。
4.根据权利要求2所述的一种双陷波超宽带天线，其特征在于：所述的滤波结构为双T形结构组合。
5.根据权利要求3所述的一种双陷波超宽带天线，其特征在于：所述的共面金属接地板带有槽结构。
6.根据权利要求5所述的一种双陷波超宽带天线，其特征在于：所述的槽为矩形互补谐振环槽。
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