CN106549221A - 具有三陷波特征的超宽带天线 - Google Patents
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Abstract
提供一种天线带宽宽、增益高、频段范围内性能稳定便于集成的具有三陷波特征的超宽带天线。包括介质基板，所述介质基板的下表面设有接地板，所述介质基板的上表面设有辐射单元以及与辐射单元相连接的微带馈电线，所述辐射单元包含第一倒U形槽线和圆弧形槽线，所述微带馈电线包含第二倒U形槽线及馈电点，所述各部分沿介质基板的纵线中心线成轴对称设置，通过调整各个槽线的长度可以改变陷波的中心频点，并且当其中一个改变调整时其他两个陷波频点基本不受影响，所以该款天线陷波功能较为稳定，有效代替了滤波器的功能，除此之外该款天线尺寸较小，便于集成。
Description
技术领域
本发明涉及无线通信使用天线技术领域，特别是涉及一种天线带宽宽、增益高、频段范围内性能稳定便于集成的具有三陷波特征的超宽带天线。
背景技术
近年来无线通信系统已广泛应用于各个领域，正当人们充分享受现代无线通信带来的种种便利和乐趣时，可用的频谱资源却日趋紧张，原有的射频频谱变得非常拥挤，人们需要一种新技术为无线通信开辟一片新天地，超宽带（Ultra-Wideband，UWB）技术恰好具有解决这一问题的潜力。超宽带无线通信技术具有结构简单、数据传输速率高、功耗低、安全性能高、多径分辨能力强等有点。超宽带技术最重要的环节就是超宽带天线的设计，能否设计出满足工程需要的天线是实现该技术的核心所在。超宽带天线结构和制作工艺相对简单、投入成本低、性能优异，它的众多优点使其成为国内外学者研究和讨论的宠儿，作为一种具有广阔应用前景的科学技术，它的研究是十分具有长远意义的。
但在宽频带内，有一些已经被占用的频段，如微波互联网（WiMAX3.35-3.75GHz）、无线局域网 WLAN（5.15-5.85GHz）以及X波段通信系统（7.25-7.75GHz）,为了排除这些频段，天线的陷波特征成为了人们研究的热点。因此重要的就是设计出满足要求的超宽带天线，而这里所说的满足要求就是指天线的带宽、增益等性能指标应满足超宽带天线的标准，并且还要求其在频带范围内有着较好的稳定性能。在设计满足要求的超宽带天线时，最大的问题就是在既要使天线的带宽尽量的大，又要使其有着较高的增益。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的问题，提供一种天线宽带大、增益高、频段范围内稳定性好便于集成的具有三陷波特征的超宽带天线。
为实现上述技术问题，本发明采用以下技术方案：具有三陷波特征的超宽带天线，包括介质基板，所述介质基板的下表面设有接地板，所述介质基板得上表面设有辐射单元以及与辐射单元相连接的微带馈电线，所述辐射单元包含第一倒U形槽线和圆弧形槽线，所述微带馈电线包含第二倒U形槽线及馈电点，所述各部分沿介质基板的纵线中心线成轴对称设置。
进一步的是，所述第一倒U形槽线包括第一回折部、第二回折部和第三回折部，其陷波频段为3.35GHz-3.75GHz，第一倒U形槽线共有两个折角。第一回折部与第二回折部垂直，第二回折部和第三回折部垂直，即第一倒U形槽线11的回折角度均为90度。
进一步的是，第一倒U形槽线槽线宽度为0.3mm，第一回折部长度为7mm、第二回折部长度为14mm和第三回折部长度为8mm，第一倒U形槽线距介质基板底部距离长度为23mm。
进一步的是，所述圆弧形槽线包括外弧线和内弧线，圆弧形槽线的圆心位于介质基板的纵线中心线上，两条腰线为直线，其陷波频段为5.15GHz-5.85GHz。
进一步的是，圆弧形槽线槽线宽度为0.3mm，外弧线半径为3mm,内弧线半径为2.7mm，弧线末端距离为3mm，槽线外弧线距介质基板底部距离为17mm。
进一步的是，所述第二倒U形槽线包括第四回折部、第五回折部和第六回折部，其陷波频段为7.25GHz-7.75GHz，第二倒U形槽线共有两个折角。第四回折部与第五回折部垂直，第五回折部和第六回折部垂直，即第二倒U形槽线的回折角度均为90度。
进一步的是，第二倒U形槽线槽线宽度为0.3mm，第四回折部长度为6mm、第五回折部长度为2mm和第六回折部长度为6mm，第二倒U形槽线距介质基板底部距离为8mm。
进一步的是，所述接地板第一部分包含第一折线、第二折线、第三折线、第四折线、第五折线、第六折线、第七折线，第八折线，接地板共包含8个折角。第一折线和第二折线垂直，第二折线和第三折线垂直，第三折线和第四折线垂直，第四折线和第五折线垂直，第五折线和第六折线垂直，第六折线和第七折线垂直，第七折线和第八折线垂直，第八折线和第一折线垂直，即接地板的回折角度均为90度，微带馈电线第一折线的长度为30mm、第二折线的长度为12mm、第三折线的长度为13.2mm、第四折线的长度为0.5mm、第五折线的长度为3.6mm、第六折线的长度为0.5mm、第七折线的长度为13.2mm和第八折线的长度为12mm。
进一步的是，所述的具有三陷波特征的超宽带天线，其特征在于，与辐射单元相连接的矩形渐变结构，该矩形的长为3.6mm,宽为0.5mm。
进一步的是，所述的具有三陷波特征的超宽带天线，其特征在于，与矩形渐变结构相连接的矩形结构微带馈电线。微带馈电线长为11.5mm，宽为3mm。
其中，具有三陷波特征的超宽带天线为正方形，具有三陷波特征的超宽带天线边长L长度为30mm，介质基板上表面的辐射单元是以介质基板上边中点为圆心，以半径为R，R长度为18mm的圆覆盖在介质基板上。
进一步的是，所述介质基板采用介电常数为4.4的FR4，其厚度为1.6mm。
进一步的是，所述辐射单元与微带线采用矩形渐变机构。
进一步的是，陷波频段覆盖3.1GHz-10.6GHz的超宽带频段。
本发明的有益效果在于：通过利用槽线结构设计具有三陷波特征的超宽带天线，槽线结构产生陷波的原因可以按照传输线原理等效分析，在天线中加入大于四分之一波长长度槽的线结构，使得天线在对应频率上工作时，短路枝节等效到天线回路时呈开路状态，形成较大的反射系数，在该频段处形成陷波。该三陷波特征的天线在3.5Ghz、5.5Ghz、7.5GHz频点各自加入对应频点的四分之一波长槽线，并且通过调整各个槽线的长度可以改变陷波的中心频点，并且当其中一个改变调整时其他两个陷波频点基本不受影响，所以该款天线陷波功能较为稳定，有效代替了滤波器的功能，除此之外该款天线尺寸较小，便于集成。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例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一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。其中：
图1是本发明具有三陷波特征的超宽带天线的正视图；
图2是本发明具有三陷波特征的超宽带天线的尺寸示意图；
图3是本发明具有三陷波特征的超宽带天线的后视图；
图4是本发明具有三陷波特征的超宽带天线的仰视图；
图5是本发明具有三陷波特征的超宽带天线的电压驻波比仿真图；
图6是本发明具有三陷波特征的超宽带天线的渐变结构和微带馈电线的位置结构图；
图中结构标记：介质基板1、辐射单元2、接地板3、微带馈电线4、馈电点5、渐变结构6。
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的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。
请参见图1、3、4所示，该具有三陷波特征的超宽带天线，包括介质基板1，所述介质基板1的下表面设有接地板3，所述介质基板3的上表面设有辐射单元2以及与辐射单元2相连接的微带馈电线4，所述辐射单元包1含第一倒U形槽线11和圆弧形槽线12，所述微带馈电线包含第二倒U形槽线13及馈电点5，所述各部分沿介质基板1的纵线中心线成轴对称设置。
请参见图2所示，所述第一倒U形槽线11包括第一回折部111、第二回折部112和第三回折部113，第一倒U形槽线11距介质基板1底部距离为115，其陷波频段为3.35GHz-3.75GHz，第一倒U形槽线11共有两个折角。第一回折部111与第二回折部112垂直，第二回折部112和第三回折部113垂直，即第一倒U形槽线11的回折角度均为90度。
优选的，第一倒U形槽线11槽线宽度114为0.3mm，第一回折部111长度为7mm、第二回折部112长度为14mm和第三回折部113长度为8mm，第一倒U形槽线11距介质基板1底部距离115长度为23mm。
所述圆弧形槽线12包括外弧线121和内弧线122，弧线末端距离为123，槽线宽度为124，槽线外弧线121距介质基板1底部距离为125，圆弧形槽线的圆心位于介质基板的纵线中心线上，两条腰线为直线，其陷波频段为5.15GHz-5.85GHz。
优选的，圆弧形槽线12槽线宽度124为0.3mm，外弧线121半径为3mm,内弧线 122半径为2.7mm，弧线末端距离123长度为3mm，槽线外弧线121距介质基板1底部距离125长度为17mm。
所述第二倒U形槽线13包括第四回折部131、第五回折部132和第六回折部133，第二倒U形槽线13距介质基板1底部距离为135，其陷波频段为7.25GHz-7.75GHz，第二倒U形槽线13共有两个折角。第四回折部131与第五回折部132垂直，第五回折部132和第六回折部133垂直，即第二倒U形槽线13的回折角度均为90度。
优选的，第二倒U形槽线13槽线宽度144为0.3mm，第四回折部131长度为6mm、第五回折部132长度为2mm和第六回折部133长度为6mm，第二倒U形槽线13距介质基板1底部距离135长度为8mm。
所述接地板3第一部分包含第一折线311、第二折线312、第三折线313、第四折线314、第五折线315、第六折线316、第七折线317、第八折线318，接地板3共包含8个折角。第一折线311和第二折线312垂直，第二折线312和第三折线313垂直，第三折线313和第四折线314垂直，第四折线314和第五折线315垂直，第五折线315和第六折线316垂直，第六折线316和第七折线317垂直，第七折线317和第八折线318垂直，第八折线318和第一折线311垂直，即接地板3的回折角度均为90度。
优选的，第一折线311的长度为30mm、第二折线312的长度为12mm、第三折线313的长度为13.2mm、第四折线314的长度为0.5mm、第五折线315的长度为3.6mm、第六折线316的长度为0.5mm、第七折线317的长度为13.2mm和第八折线318的长度为12mm。
所述的具有三陷波特征的超宽带天线，其特征在于，与辐射单元2相连接的渐变结构6为矩形，该矩形的长为3.6mm,宽为0.5mm。
所述的具有三陷波特征的超宽带天线，其特征在于，与矩形渐变结构相连接的微带馈电线4为矩形结构。微带馈电线4长为11.5mm，宽为3mm。
其中，具有三陷波特征的超宽带天线为正方形，具有三陷波特征的超宽带天线边长L长度为30mm，介质基板1上表面的辐射单元2是以介质基板1上边中点为圆心，以半径为R，R长度为18mm的圆覆盖在介质基板上。
通过利用槽线结构设计该具有三陷波特征的超宽带天线，槽线结构产生陷波的原因可以按照传输线原理等效分析，在天线中加入大于四分之一波长长度槽的线结构，使得天线在对应频率上工作时，短路枝节等效到天线回路时呈开路状态，形成较大的反射系数，在该频段处形成陷波。该三陷波特征的天线在3.5Ghz、5.5Ghz、7.5GHz频点各自加入对应频点的四分之一波长槽线，并且通过调整第一倒U形槽线11、圆弧形槽线12和第二倒U形槽线13的长度可以改变陷波的中心频点，并且当其中一个改变调整时其他两个陷波频点基本不受影响，所以该款天线陷波功能较为稳定，有效代替了滤波器的功能，除此之外该款天线尺寸较小，便于集成。
本实施例以陷波频段覆盖3.1GHz-10.6GHz的超宽带频段进行说明。
本实施例中，介质基板采用介电常数为4.4的FR4，其厚度为1.6mm。
本实施例中，微带馈电线的特征阻抗为50欧姆。
本实施例中，所述辐射单元与微带线连接采用矩形渐变结构。
图5为本发明具有三陷波特征的超宽带天线的电压驻波比仿真图。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (10)
1.具有三陷波特征的超宽带天线，其特征在于，包括介质基板，所述介质基板的下表面设有接地板，所述介质基板的上表面设有辐射单元以及与辐射单元相连接的微带馈电线，所述辐射单元包含第一倒U形槽线和圆弧形槽线，所述微带馈电线包含第二倒U形槽线及馈电点，所述各部分沿介质基板的纵线中心线成轴对称设置。
2.根据权利要求1所述的具有三陷波特征的超宽带天线，其特征在于，所述第一倒U形槽线包括第一回折部、第二回折部和第三回折部，其陷波频段为3.35GHz-3.75GHz，第一倒U形槽线共有两个折角，第一回折部与第二回折部垂直，第二回折部和第三回折部垂直，即第一倒U形槽线的回折角度均为90度，第一倒U形槽线槽线宽度114为0.3mm，第一回折部长度为7mm、第二回折部长度为14mm和第三回折部长度为8mm，第一倒U形槽线距介质基板底部距离为23mm。
3.根据权利要求1所述的具有三陷波特征的超宽带天线，其特征在于，所述圆弧形槽线包括外弧线和内弧线，圆弧形槽线的圆心位于介质基板的纵线中心线上，两条腰线为直线，其陷波频段为5.15GHz-5.85GHz，圆弧形槽线槽线宽度为0.3mm，外弧线半径为3mm,内弧线半径为2.7mm，弧线末端距离为3mm，槽线外弧线距介质基板底部距离为17mm。
4.根据权利要求1所述的具有三陷波特征的超宽带天线，其特征在于，所述第二倒U形槽线包括第四回折部、第五回折部和第六回折部，其陷波频段为7.25GHz-7.75GHz，第二倒U形槽线共有两个折角，第四回折部与第五回折部垂直，第五回折部和第六回折部垂直，即第二倒U形槽线的回折角度均为90度，第二倒U形槽线宽度为0.3mm，第四回折部长度为6mm、第五回折部长度为2mm和第六回折部长度为6mm，第二倒U形槽线距介质基板底部距离为8mm。
5.根据权利要求1所述的具有三陷波特征的超宽带天线，其特征在于，所述接地板介质基板下表面覆铜部分，以纵向中心线对称，所述接地板第一部分包含第一折线、第二折线、第三折线、第四折线、第五折线、第六折线、第七折线，第八折线，接地板共包含8个折角；第一折线和第二折线垂直，第二折线和第三折线垂直，第三折线和第四折线垂直，第四折线和第五折线垂直，第五折线和第六折线垂直，第六折线和第七折线垂直，第七折线和第八折线垂直，第八折线和第一折线垂直，即接地板的回折角度均为90度，微带馈电线第一折线的长度为30mm、第二折线的长度为12mm、第三折线的长度为13.2mm、第四折线的长度为0.5mm、第五折线的长度为3.6mm、第六折线的长度为0.5mm、第七折线的长度为13.2mm和第八折线的长度为12mm。
6.根据权利要求1所述的具有三陷波特征的超宽带天线，其特征在于，与辐射单元相连接的矩形渐变结构，该矩形的长为3.6mm,宽为0.5mm。
7.根据权利要求1所述的具有三陷波特征的超宽带天线，其特征在于，与矩形渐变结构相连接的矩形结构微带馈电线，微带馈电线长为11.5mm，宽为3mm。
8.根据权利要求1所述的具有三陷波特征的超宽带天线，其特征在于，具有三陷波特征的超宽带天线为正方形，具有三陷波特征的超宽带天线边长L长度为30mm，介质基板上表面的辐射单元是以介质基板上边中点为圆心，以半径为R，R长度为18mm的圆覆盖在介质基板上。
9.根据权利要求1所述的具有三陷波特征的超宽带天线，其特征在于，所述辐射单元与微带线采用矩形渐变结构。
10.根据权利要求1所述的具有三陷波特征的超宽带天线，其特征在于，频段覆盖除3.35GHz-3.75GHz、5.15GHz-5.85GHz、7.25GHz-7.75GHz三个陷波频段外3.1GHz-10.6GHz的超宽带频段。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication | ||
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Application publication date: 20170329 |