CN106848544A - 具有陷波特性的可重构超宽带单极天线 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种具有陷波特性的可重构超宽带单极天线，包括辐射单元、微带馈线、介质基板和接地板，其中：所述辐射单元、微带馈线设置在介质基板的上表面，所述接地板设置在介质基板的下表面；所述辐射单元包括等腰梯形区和与等腰梯形区的下底等宽并连接的矩形区，所述矩形区上设有开口朝向等腰梯形区的下底的圆弧缝隙；所述圆弧缝隙上设置有若干个射频开关；所述辐射单元的等腰梯形区的上底与微带馈线连接。本发明的具有陷波特性的可重构超宽带单极天线既有完整的UWB性能，又在实现陷波的按需可重构的同时实现了天线的小型化。

Description

具有陷波特性的可重构超宽带单极天线
技术领域
本发明涉及微波通信技术领域，尤其涉及一种具有陷波特性的可重构超宽带单极天线。
背景技术
自从2002年联邦通讯委员会公布3.1～10.6GHz频段应用于商业领域以来，具有高数据传输率、低成本、低功耗、抗干扰能力强的超宽带(UWB)通信系统得到迅速发展，超宽带天线成为近年来国际学者的研究热点。然而，UWB频带中包括WLAN和WiMAX等频段，它们之间可能会产生一定的干扰。现有技术中往往通过陷波来解决这个技术问题，通常超宽带天线实现陷波都是在天线上加载辐射缝隙或者谐振枝节，这样就很难保证完整的UWB性能。
因此，需要一种具有陷波特性的可重构超宽带单极天线。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有陷波特性的可重构超宽带单极天线，旨在解决现有技术中的天线难以保证完整的UWB性能，天线尺寸大的问题。
为实现上述目的，本发明提供了一种具有陷波特性的可重构超宽带单极天线，包括辐射单元、微带馈线、介质基板和接地板，其中：所述辐射单元、微带馈线设置在介质基板的上表面，所述接地板设置在介质基板的下表面；所述辐射单元包括等腰梯形区和与等腰梯形区的下底等宽并连接的矩形区，所述矩形区上设有开口朝向等腰梯形区的下底的圆弧缝隙；所述圆弧缝隙上设置有若干个射频开关；所述辐射单元的等腰梯形区的上底与微带馈线连接。
其中，所述圆弧缝隙设在辐射单元电流最强的位置。
其中，所述辐射单元的等腰梯形区的下底与接地板的宽度相同。
其中，所述介质基板为相对介电常数为4.4，厚度为1.6mm的FR4介质基板。
其中，所述圆弧缝隙关于辐射单元的等腰梯形区的中心线左右对称；所述微带馈线关于辐射单元的等腰梯形区的中心线左右对称。
其中，所述辐射单元的矩形区的大小为20mm×6.5mm；所述辐射单元的等腰梯形区的上底为10mm，下底为20mm，高为3mm。
其中，所述圆弧缝隙的内弧的弦长为12mm，内弧的弓高为4mm；所述圆弧缝隙的宽度为1mm，圆弧缝隙的半径为7mm。
其中，所述微带馈线的宽度为3mm，长度为15.5mm。
其中，所述圆弧缝隙的内弧的弦与辐射单元等腰梯形区的上底的距离为4.5mm。
其中，所述射频开关为PIN二极管。
本发明的具有陷波特性的可重构超宽带单极天线中的等腰梯形区使得辐射单元具有两个切角，且该两个切角关于微带馈线左右对称，实现了超宽带；此外，本发明的具有陷波特性的可重构超宽带单极天线通过在辐射单元上蚀刻出的圆弧缝隙而产生陷波，然后可进一步通过控制设置在圆弧缝隙上的若干个射频开关的通断改变缝隙的谐振长度，进而改变天线的谐振频率，实现陷波的按需可重构，并最终在保证本发明的具有陷波特性的可重构超宽带单极天线的完整UWB性能的同时实现了天线的小型化。
附图说明
图1是本发明第一实施例中的具有陷波特性的可重构超宽带单极天线的俯视示意图。
图2是本发明第一实施例中的具有陷波特性的可重构超宽带单极天线的纵向剖视示意图。
图3是本发明一具体实施例中优化后的具有陷波特性的可重构超宽带单极天线各个状态仿真的反射系数曲线图。
图4是本发明一具体实施例中优化后的具有陷波特性的可重构超宽带单极天线各个状态仿真的驻波比曲线。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释，本发明并不局限于以下实施例。
本发明提出第一实施例，如图1、2所示，一种具有陷波特性的可重构超宽带单极天线，包括辐射单元1、微带馈线2、介质基板3和接地板4。所述辐射单元1、微带馈线2设置在介质基板3的上表面，所述接地板4设置在介质基板3的下表面；所述辐射单元1包括等腰梯形区11和与等腰梯形区11的下底等宽并连接的矩形区12，所述矩形区12上设有开口朝向等腰梯形区11的下底的圆弧缝隙121，所述圆弧缝隙121关于辐射单元1的等腰梯形区11的中心线左右对称；所述圆弧缝隙121上设置有若干个射频开关(图1中以3个为例进行说明，分别是S1、S2、S3)；所述射频开关为PIN二极管；所述辐射单元1的等腰梯形区11的上底与微带馈线2连接，所述微带馈线2关于辐射单元1的等腰梯形区11的中心线左右对称；所述辐射单元1的等腰梯形区11的下底与接地板4的宽度相同。
本发明的具有陷波特性的可重构超宽带单极天线中的等腰梯形区11使得辐射单元1具有两个切角，且该两个切角关于微带馈线2左右对称，实现了超宽带；所述辐射单元1的等腰梯形区11的下底与接地板4的宽度相同，使得本发明的天线具有结构紧凑、辐射性能稳定；此外，本发明的天线通过在辐射单元1上蚀刻出的圆弧缝隙121而产生陷波，然后可进一步通过控制设置在圆弧缝隙121上的若干个射频开关的通断改变圆弧缝隙121的谐振长度，进而改变天线的谐振频率，实现陷波的按需可重构，并最终在保证本发明的具有陷波特性的可重构超宽带单极天线的完整UWB性能的同时实现了天线的小型化。
另外，还可进一步将所述圆弧缝隙121设在辐射单元1电流最强的位置，同时使整个具有陷波特性的可重构超宽带单极天线关于其纵向中心线左右对称，使得本发明的天线具有更好的匹配。
在第一实施例的基础上，本发明提出一具体实施例，所述介质基板3为相对介电常数为4.4，厚度为1.6mm的矩形FR4介质基板；所述辐射单元1、微带馈线2、接地板4均为铜片；所述辐射单元1、微带馈线2、接地板4、圆弧缝隙121均是通过蚀刻的方法在介质基板3上下表面的铜片上形成的。
在上述具体实施例的替代实施例中，所述辐射单元1、微带馈线2和接地板4还可通过转印的方式设置在介质基板3上。
利用仿真软件CST对上述具体实施例进行仿真分析，如图1所示，具有陷波特性的可重构超宽带单极天线优化后的参数如下，W(辐射单元、接地板和介质基板的宽)＝20mm，L(接地板的长)＝14mm，L1(辐射单元的矩形区的长)＝6.5mm，L2(辐射单元的上边缘和接地板上边缘的距离)＝11mm，L3(辐射单元的等腰梯形的高)＝3mm，r1(圆弧缝隙的内弧的弦长)＝12mm，r2(圆弧缝隙的内弧的弓高)＝4mm，r3(圆弧缝隙的宽度)＝1mm，r4(圆弧缝隙的内弧的弦和辐射单元的等腰梯形区的上底的距离)＝4.5mm，d(辐射单元的等腰梯形区的上底和接地板的上边缘之间的距离)＝1.5mm，ws(微带馈线的宽)＝3mm，w1(辐射单元的等腰梯形区的上底中处于微带馈线右边的长度)＝3.5mm。
即，微带馈线2的长为15.5mm；辐射单元1的切角的形状为直角三角形，该直角三角形的两个直角边分别是3.5mm和5mm；圆弧缝隙121的半径为7mm。
表1给出了本发明的天线的具体工作状态。
开关
State1 off off off
State2 off off on
State3 off on on
State4 on off on
表1具有陷波特性的可重构超宽带单极天线的具体工作状态
图3给出了上述具体实施例中优化后的具有陷波特性的可重构超宽带单极天线各个状态仿真的反射系数曲线。如图3所述，当三个开关都断开(off)，即State1时，天线有良好的超宽带性能，工作频段(反射系数小于-10dB)为3.1～10.7GHz，完全覆盖了超宽带的工作频段(3.1～10.6GHz)；当只有S3导通(on)，即State2时，天线有很好的陷波特性，工作频段为3.15～3.96GHz；当S2和S3导通而S1断开，即State3时，缝隙的有效长度减小，阻带频率稍微向高频移动，天线工作频段为3.57～4.32GHz；当S1和S3导通而S2断开，即State4时，天线工作频段为4.65～5.96GHz。因此，通过控制射频开关的通断改变缝隙的谐振长度，能够改变天线的谐振频率，实现陷波的按需可重构；而且本发明的具有陷波特性的可重构超宽带单极天线的匹配较现有技术更佳。
图4给出了优化后天线各个状态的驻波比曲线。如图4所示，驻波比小于2的工作频段覆盖了超宽带的工作频段范围，陷波频段分别覆盖了3.4～3.69GHz、3.7～4.2GHz和5.2～5.875GHz。
需要说明的是，上述具体实施例中的射频开关的数量和位置可根据具体所需的陷波需求进行相应设计，射频开关的数量越多，可重构出的陷波特性越丰富；另外，当d(辐射单元的等腰梯形区的上底和接地板的上边缘之间的距离)在0～2mm之间时，且均可使本发明的天线具有较好的匹配，d优选为1.5mm。
综上，本发明的具有陷波特性的可重构超宽带单极天线具有完整的UWB性能，且可通过控制设置在圆弧缝隙上的若干个射频开关的通断改变缝隙的谐振长度，进而改变天线的谐振频率，实现陷波的按需可重构，同时实现了天线的小型化。
以上仅为本发明的优选实施例，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)

1.一种具有陷波特性的可重构超宽带单极天线，其特征在于，所述具有陷波特性的可重构超宽带单极天线包括辐射单元、微带馈线、介质基板和接地板，其中：
所述辐射单元、微带馈线设置在介质基板的上表面，所述接地板设置在介质基板的下表面；
所述辐射单元包括等腰梯形区和与等腰梯形区的下底等宽并连接的矩形区，所述矩形区上设有开口朝向等腰梯形区的下底的圆弧缝隙；
所述圆弧缝隙上设置有若干个射频开关；
所述辐射单元的等腰梯形区的上底与微带馈线连接。
2.根据权利要求1所述的具有陷波特性的可重构超宽带单极天线，其特征在于，所述圆弧缝隙设在辐射单元电流最强的位置。
3.根据权利要求1所述的具有陷波特性的可重构超宽带单极天线，其特征在于，所述辐射单元的等腰梯形区的下底与接地板的宽度相同。
4.根据权利要求1所述的具有陷波特性的可重构超宽带单极天线，其特征在于，所述介质基板为相对介电常数为4.4，厚度为1.6mm的FR4介质基板。
5.根据权利要求3所述的具有陷波特性的可重构超宽带单极天线，其特征在于，所述圆弧缝隙关于辐射单元的等腰梯形区的中心线左右对称；所述微带馈线关于辐射单元的等腰梯形区的中心线左右对称。
6.根据权利要求5所述的具有陷波特性的可重构超宽带单极天线，其特征在于，所述辐射单元的矩形区的大小为20mm×6.5mm；所述辐射单元的等腰梯形区的上底为10mm，下底为20mm，高为3mm。
7.根据权利要求6所述的具有陷波特性的可重构超宽带单极天线，其特征在于，所述圆弧缝隙的内弧的弦长为12mm，内弧的弓高为4mm；所述圆弧缝隙的宽度为1mm，圆弧缝隙的半径为7mm。
8.根据权利要求6所述的具有陷波特性的可重构超宽带单极天线，其特征在于，所述微带馈线的宽度为3mm，长度为15.5mm。
9.根据权利要求7所述的具有陷波特性的可重构超宽带单极天线，其特征在于，所述圆弧缝隙的内弧的弦与辐射单元等腰梯形区的上底的距离为4.5mm。
10.根据权利要求1所述的具有陷波特性的可重构超宽带单极天线，其特征在于，所述射频开关为PIN二极管。
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