CN106450711A - 一种渐变缝隙型超宽带天线 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种渐变缝隙型超宽带天线，解决现有的超宽带天线结构复杂、尺寸大的问题。该天线包括三层结构：介质板、设置于介质板底面的地、设置于介质板顶面的馈电线。所述的地上开有一个缝隙，其特征在于缝隙由一个圆形单元与一个渐变单元组合构成，其特征在于渐变单元在电路板的侧边开路，圆形单元末端闭合。所述的馈电线由50Ω微带线与一个圆形金属贴片以及一个矩形金属贴片组合构成倒L形，其特征在于矩形贴片的终端开路，开路方向与渐变缝隙的开路方向相同，其特征在于金属贴片在地面的投影位于缝隙的内部。所述的天线尺寸为21mm×26mm，回波损耗低于-10dB的带宽覆盖2.9-10.7GHz，应用在超宽带通信中。

Description

一种渐变缝隙型超宽带天线

技术领域

本发明涉及一种超宽带天线，特别涉及一种渐变缝隙型超宽带天线。

背景技术

超宽带（Ultrawideband，UWB）技术是一种无线通信技术，工作频带为3.1-10.6GHz，可以提供高数据率传输与定位功能，应用在雷达、数据传输、室内精确定位等领域。

目前应用的UWB天线类型主要可分为印刷单极型与印刷缝隙型。印刷缝隙型天线容易获得小型化，缝隙结构多样，包括由矩形单元构成的缝隙、由圆形或椭圆形单元构成的缝隙、由矩形与三角形单元组合构成的缝隙、以及由矩形与圆形单元组合构成的缝隙等。

已经公开的现有技术有：

2009年，Wen-Shan Chen与Chi-Huang Lin在MICROWAVE AND OPTICAL TECHNOLOGY LETTERS上发表题为“A planar hybrid antenna for UWB application”的论文，提出的天线为缝隙型，缝隙的形状为矩形与圆形组合，馈电结构为50Ω微带线与一个圆形金属贴片以及一个由矩形与三角形组合而成的不规则多边形贴片组合构成，不规则多边形下方的地面留有30mm×5mm的金属净空区域，天线的尺寸为30mm×34mm。

上述现有技术的天线结构复杂，设计思路不清晰，天线面积较大。

发明内容

由于目前的超宽带天线存在结构复杂、尺寸较大的问题，本发明通过对缝隙结构以及馈电结构的设计来实现宽带匹配，同时获得天线尺寸的缩减。

本发明的构思：

天线的谐振频率与电流的路径长度成反比。缝隙天线通过在地面开缝来激励电流围绕缝隙分布，从而延长电流的分布路径，达到降低谐振频率缩减天线尺寸的目的。在缩减天线尺寸的同时，回波损耗会随着升高，带宽缩减，需要设计缝隙结构以及与缝隙相匹配的馈电结构来实现宽带匹配。渐变缝隙比矩形缝隙的带宽宽，馈电结构围绕缝隙弯折，可以引导地面的电流围绕缝隙分布，达到宽带匹配。

本发明的技术方案：

一种渐变缝隙型超宽带天线包括三层结构：介质板、设置于介质板底面的地、设置于介质板顶面的馈电线。

较佳的，介质板采用0.8mm的FR4材料。

所述的地上开有一个缝隙，其特征在于缝隙由一个圆形单元与一个渐变单元组合构成，较佳的，渐变单元在电路板的侧边开路，圆形单元末端闭合。

所述的馈电线采用50Ω微带线与一个圆形金属贴片单元以及一矩形金属贴片单元组合构成倒L形，较佳的，矩形贴片单元的终端开路，其特征在于矩形单元的开路端与渐变形缝隙的开路端指向相同的侧边。

较佳的，金属贴片在地面的投影位于缝隙的内部。

本发明与现有技术相比较，具有如下突出实质性特点和显著优点：

（1）缝隙结构采用圆形与渐变线组合， 具有宽带宽的特性。

（2）馈电线采用50Ω微带线与一个圆形金属贴片单元以及一矩形金属贴片单元组合构成倒L形，金属贴片部分围绕缝隙弯折，可以激励更多电流围绕缝隙分布，从而延长电流在地上的分布路径，缩减天线尺寸，实现宽带匹配。

（3）地面除了缝隙区域无额外净空区域，设计思路简单清晰。

附图说明

图1为本发明一种渐变缝隙型超宽带天线的结构示意图。

图2为本发明一种渐变缝隙型超宽带天线的回波损耗图。

具体实施方式

本发明提供一种小型化宽频带缝隙型手机天线，包括介质板、设置于介质板顶面的馈电线、设置于介质板底面的地。地上开有一个缝隙，由一个圆形单元与一个渐变单元组合构成，其中渐变单元在电路板的侧边开路，圆形单元末端闭合。天线的馈电线由50Ω微带线线与一个圆形金属贴片以及一个矩形金属贴片组合构成倒L形，其中矩形贴片的终端开路，开路方向与渐变缝隙的开路方向相同，金属贴片在地面的投影位于缝隙的内部。

下面结合附图对本发明的优选实施例作详细说明：

实施例一：

参见图1，一种渐变缝隙型超宽带天线，包括三层结构：介质板（1）、设置于介质板底面的地（2）、设置于介质板顶面的馈电线（3）。

所述的地（2）上开有一个缝隙，其特征在于缝隙由一个渐变单元（21）与一个圆形单元（22）组合构成，其特征在于渐变单元（21）在电路板的（11）侧边开路，圆形单元（22）的末端闭合。

所述的馈电线（3）由50Ω微带线（30）与一个圆形金属贴片单元（32）以及一矩形金属贴片单元（31）组合构成倒L形，矩形贴片单元（31）的终端开路，其特征在于（31）的开路端与缝隙（21）的开路端都指向（11）侧边，金属贴片（31）与（32）在地面的投影位于缝隙（21）与（22）的内部。

通过调整缝隙（21）、（22）的尺寸与位置、馈电线（30）、（31）、（32）的尺寸与位置、电路板的尺寸，可以获得天线的小型化与宽频带。

较佳的，所述的渐变缝隙（21）的宽度h=9-13mm，圆形缝隙（22）的半径r=4-5mm，缝隙的总长度s=12-15mm，矩形馈电贴片（31）的宽度w=1.5-3.5mm。优化的介质板尺寸wg=21mm，lg=26mm。

图2显示了回波损耗的仿真结果，从仿真结果可以看出：

1. 本发明天线在2-12GHz激励了三个谐振模式，-10dB带宽为2.9-10.7GHz，覆盖了UWB频段3.1-10.6GHz；

2. 本发明天线具有尺寸小，结构简单，设计思路清晰的特点。

Claims (4)

1.一种渐变缝隙型超宽带天线，包括三层结构：介质板（1）、设置于介质板底面的地（2）、设置于介质板顶面的馈电线（3），所述地（2）上的开有一缝隙，其特征在于缝隙采用渐变形状的一端开路一端闭合的结构，所述的馈电线（3）采用弯折结构。

2.根据权利1所述的一种渐变缝隙型超宽带天线，其特征在于缝隙由一个圆形单元（22）与一个渐变单元（21）组合构成，其特征在于渐变单元（21）在电路板的（11）侧边开路，圆形单元（22）末端闭合。

3.根据权利1所述的渐变缝隙型超宽带天线，其特征在于馈电线采用50Ω微带线（30）与一个圆形金属贴片单元（32）以及一矩形金属贴片单元（31）组合构成倒L形，矩形贴片单元（31）的终端开路，其特征在于（31）的开路端与缝隙（21）的开路端都指向（11）侧边，金属贴片（31）与（32）在地面的投影位于缝隙（21）与（22）的内部。

4.根据权利1所述的渐变缝隙型超宽带天线，其特征在于天线的尺寸为21mm×26mm，回波损耗低于-10dB的带宽覆盖2.9-10.7GHz，应用在超宽带通信中。