CN106299665A - 具有陷波特性的平面三叉戟形超宽带天线 - Google Patents

Abstract

具有陷波特性的平面三叉戟形超宽带天线，涉及超宽带天线。设有上层平面金属结构和下层介质基板；所述上层平面金属结构包括共面波导信号馈电带线、共面波导接地面、天线辐射单元和一对L型开路枝节；在共面波导信号馈电带线与天线辐射单元之间设有一段二阶阶梯状传输结构；所述一对L型开路枝节与共面波导接地面相接，一对L型开路枝节对称分布于共面波导信号馈电带线两侧。工作频段范围广，损耗低，辐射特性好，结构简单，易于加工。辐射单元被设计成叉子的形状，缩小了天线的体积。能够通过改变L型开路枝节的长度，从而调整所需陷波频段范围。

Description

具有陷波特性的平面三叉戟形超宽带天线

技术领域

本发明涉及超宽带天线，尤其是涉及一种能够抑制来自无线局域网络(WLAN)的信号干扰的具有陷波特性的平面三叉戟形超宽带天线。

背景技术

随着无线通信技术的不断提高，人们对于无线通信系统的容量、速度等方面的需求日益增加，使得无线电频谱资源更加拥挤。超宽带通信技术(UWB，ultra-wideband)作为一种新型的无线通信技术，具有工作频段范围广、传输速率高、抗衰弱能力强等特点，因而成为近些年来国内外的研究重点之一。而作为电磁波发射和接收的载体，超宽带天线是超宽带通信系统中的不可或缺的部分，其性能将会直接影响系统的传输性能，故对于超宽带天线的研究具有重要意义。

早在20世纪60年代，超宽带通信技术就已经被应用在雷达、定位、传感以及保密通信等领域。2002年，美国联邦通信委员会(FCC)通过了UWB在民用领域应用的初步规范，开放3.1～10.6GHz作为超宽带系统的工作频率范围。然而，在这个频段内，还存在着一些其他窄带通信系统，如频段位于5.15～5.825GHz的无线局域网(WLAN)等。为了避免来自其他频段的干扰，具有陷波特性的超宽带天线应运而生。通过在天线中引入陷波结构，使得天线在可能受到干扰的频段内产生较大的反射，从而抑制干扰信号的传输。引入陷波特性的方法有很多，例如在天线结构中引入谐振器从而产生滤波功能，或是在辐射单元或是地单元腐蚀出不同形状的缝隙，抑或是在天线结构中加载寄生枝节等。

中国专利CN102800958A公开一种四陷波超宽带天线，包括：介质板，辐射单元，两个蚀刻在辐射单元上的一大一小的两个C型槽，在辐射单元上增开的两个相同的L形开路枝节，馈电单元，以及在介质板的背面印制的一个T形寄生带线和金属接地板。

中国专利CN205406731U公开一种具有陷波特性的平面超宽带天线，包括基板，所述基板的正面设置有一圆环形辐射单元，背面设置有一矩形地；所述圆环形辐射单元上设置有一缝隙，所述基板的正面还设置有一与所述圆环形辐射单元联接的微带线，且所述缝隙位于微带线与圆环形辐射单元之间。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够抑制来自无线局域网络(WLAN)的信号干扰的具有陷波特性的平面三叉戟形超宽带天线。

本发明设有上层平面金属结构和下层介质基板；所述上层平面金属结构包括共面波导信号馈电带线、共面波导接地面、天线辐射单元和一对L型开路枝节；在共面波导信号馈电带线与天线辐射单元之间设有一段二阶阶梯状传输结构；所述一对L型开路枝节与共面波导接地面相接，一对L型开路枝节对称分布于共面波导信号馈电带线两侧。

所述下层介质基板可采用FR4材料，下层介质基板的厚度可为0.8mm，长度L可为30.72mm，宽度W可为26.85mm，相对介电常数可为4.4。

所述共面波导信号馈电带线可为矩形结构，共面波导信号馈电带线的长度L₁可为10.66mm，宽度w₁可为1.69mm。

所述二阶阶梯状传输结构可由两个矩形构成，其中，靠近共面波导信号馈电带线的矩形较小，靠近共面波导信号馈电带线的矩形的长度L₂为8.98mm，宽度w₂为0.7mm；靠近天线辐射单元的矩形较大，靠近天线辐射单元的矩形的长度L₃为10.18mm，宽度w₃为1mm。

所述共面波导接地面为以共面波导信号馈电带线为对称轴对称分布的两块矩形，共面波导接地面与共面波导信号馈电带线存在空隙，空隙的宽度g₁＝0.24mm。共面波导接地面的长度G_L为8.64mm，宽度G_w为12.34mm。

所述天线辐射单元可采用三个形状尺寸完全一致的叉子形状，其中，与二阶阶梯状传输结构相接的叉子柄部分为矩形，长度L₄为4.04mm，宽度w₄为1.68mm；中间的矩形部分长度L₅为3.45mm，宽度w₅为1mm；最前端由三个大小相同的矩形等距离排列构成，其中矩形的长度L₆为5.32mm，宽度w₆为0.49mm。

所述L型开路枝节与共面波导接地面相接中，短的部分长度L₇为0.45mm，长的部分长度L₈为8.16mm，整个L型开路枝节的宽度w₇为0.45mm。

本发明在3.1～4.9GHz以及5.9～10.6GHz频段范围内驻波比均小于2，在超宽带工作频段氛围内具有良好的阻抗特性和辐射方向。陷波的频段范围为4.9～5.9GHz，能够滤除WLAN频段的干扰信号，实现高质量的超宽带通信。

本发明具有的特性和优点：

本发明工作频段范围广，损耗低，辐射特性好，结构简单，易于加工。本发明的辐射单元被设计成叉子的形状，缩小了天线的体积。本发明能够通过改变L型开路枝节的长度，从而调整所需陷波频段范围。

附图说明

图1为本发明实施例的结构示意图；

图2为本发明实施例的俯视图；

图3为本发明实施例开路枝节对天线电压驻波比的影响；

图4为本发明实施例开路枝节对天线电压驻波比的影响；

图5为本发明实施例S₁₁和增益曲线；

图6为本发明实施例E面的远场辐射方向图；

图7为本发明实施例H面的远场辐射方向图。

具体实施方式

下面将结合附图和具体实施例对本发明做进一步的说明。

如图1和2所示，本发明实施例设有上层平面金属结构和下层介质基板6；所述上层平面金属结构包括共面波导信号馈电带线1、共面波导接地面4、天线辐射单元3和一对L型开路枝节5；在共面波导信号馈电带线1与天线辐射单元3之间设有一段二阶阶梯状传输结构2；所述一对L型开路枝节5与共面波导接地面4相接，一对L型开路枝节5对称分布于共面波导信号馈电带线1两侧。

所述下层介质基板1可采用FR4材料，下层介质基板1的厚度可为0.8mm，长度L可为30.72mm，宽度W可为26.85mm，相对介电常数可为4.4。

所述共面波导信号馈电带线1可为矩形结构，共面波导信号馈电带线1的长度L₁可为10.66mm，宽度w₁可为1.69mm。

所述二阶阶梯状传输结构2可由两个矩形构成，其中，靠近共面波导信号馈电带线1的矩形较小，靠近共面波导信号馈电带线1的矩形的长度L₂为8.98mm，宽度w₂为0.7mm；靠近天线辐射单元3的矩形较大，靠近天线辐射单元3的矩形的长度L₃为10.18mm，宽度w₃为1mm。

所述共面波导接地面4为以共面波导信号馈电带线1为对称轴对称分布的两块矩形，共面波导接地面4与共面波导信号馈电带线1存在空隙，空隙的宽度g₁＝0.24mm。共面波导接地面4的长度G_L为8.64mm，宽度G_w为12.34mm。

所述天线辐射单元3可采用三个形状尺寸完全一致的叉子形状，其中，与二阶阶梯状传输结构2相接的叉子柄部分为矩形，长度L₄为4.04mm，宽度w₄为1.68mm；中间的矩形部分长度L₅为3.45mm，宽度w₅为1mm；最前端由三个大小相同的矩形等距离排列构成，其中矩形的长度L₆为5.32mm，宽度w₆为0.49mm。

所述L型开路枝节5与共面波导接地面4相接中，短的部分长度L₇为0.45mm，长的部分长度L₈为8.16mm，整个L型开路枝节5的宽度w₇为0.45mm；通过L型开路枝节6的长度L₇和L₈可以对陷波的中心频率f_notch进行调整，其关系式为：

$f_{notch}=\frac{c}{4L_{total}\sqrt{{\mathrm{\ϵ}}_{eff}}}$

式中，c为真空中的光速，ε_eff为有效介电常数，L_total为L型开路枝节5的总长度，其中，L_total＝L₇+L₈。从式中可以看出，当改变L型开路枝节5的长度，陷波的中心频率也会随之改变。图3、图4为L₇和L₈长度变化对天线驻波比影响的对比图。从图中可以看出，当L₇和L₈的长度增加时，陷波的中心频率将会向低频移动。

如图5～7所示，本发明所示的天线具有良好的宽频带特性和辐射特性，同时在4.9～5.9GHz存在陷波，能够有效地排除来自WLAN的信号干扰。

本发明利用长度可调的开路枝节加载，使得超宽带天线在4.9～5.9GHz频段范围内增加了中心频率可调的陷波，从而有效过滤来自WLAN的干扰信号。同时，天线的发射单元被设计成叉子的形状，有效地缩小了天线的尺寸。

Claims (9)

1.具有陷波特性的平面三叉戟形超宽带天线，其特征在于设有上层平面金属结构和下层介质基板；所述上层平面金属结构包括共面波导信号馈电带线、共面波导接地面、天线辐射单元和一对L型开路枝节；在共面波导信号馈电带线与天线辐射单元之间设有一段二阶阶梯状传输结构；所述一对L型开路枝节与共面波导接地面相接，一对L型开路枝节对称分布于共面波导信号馈电带线两侧。

2.如权利要求1所述具有陷波特性的平面三叉戟形超宽带天线，其特征在于所述下层介质基板采用FR4材料，下层介质基板的厚度为0.8mm，长度L为30.72mm，宽度W为26.85mm。

3.如权利要求1所述具有陷波特性的平面三叉戟形超宽带天线，其特征在于所述下层介质基板的相对介电常数为4.4。

4.如权利要求1所述具有陷波特性的平面三叉戟形超宽带天线，其特征在于所述共面波导信号馈电带线为矩形结构，共面波导信号馈电带线的长度L₁为10.66mm，宽度w₁为1.69mm。

5.如权利要求1所述具有陷波特性的平面三叉戟形超宽带天线，其特征在于所述二阶阶梯状传输结构由两个矩形构成，其中，靠近共面波导信号馈电带线的矩形比靠近天线辐射单元的矩形小，靠近共面波导信号馈电带线的矩形的长度L₂为8.98mm，宽度w₂为0.7mm；靠近天线辐射单元的矩形的长度L₃为10.18mm，宽度w₃为1mm。

6.如权利要求1所述具有陷波特性的平面三叉戟形超宽带天线，其特征在于所述共面波导接地面为以共面波导信号馈电带线为对称轴对称分布的两块矩形，共面波导接地面与共面波导信号馈电带线存在空隙，空隙的宽度g₁＝0.24mm。

7.如权利要求1所述具有陷波特性的平面三叉戟形超宽带天线，其特征在于所述共面波导接地面的长度G_L为8.64mm，宽度G_w为12.34mm。

8.如权利要求1所述具有陷波特性的平面三叉戟形超宽带天线，其特征在于所述天线辐射单元采用三个形状尺寸完全一致的叉子形状，其中，与二阶阶梯状传输结构相接的叉子柄部分为矩形，长度L₄为4.04mm，宽度w₄为1.68mm；中间的矩形部分长度L₅为3.45mm，宽度w₅为1mm；最前端由三个大小相同的矩形等距离排列构成，其中矩形的长度L₆为5.32mm，宽度w₆为0.49mm。

9.如权利要求1所述具有陷波特性的平面三叉戟形超宽带天线，其特征在于所述L型开路枝节与共面波导接地面相接中，短的部分长度L₇为0.45mm，长的部分长度L₈为8.16mm，整个L型开路枝节的宽度w₇为0.45mm。