CN106876952A - 一种新型的基于h形刻槽的超宽带陷波天线 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种新型的基于H形刻槽的超宽带陷波天线，它包括介质基板(1)、形成陷波的H形刻槽(2)、贴片天线(3)(包含五变形辐射单元与馈线)、和耦合贴片(4)和(5)五部分，其特点是，在五边形辐射单元中刻出一个H形的槽以实现双陷波功能，天线辐射单元采用五边形贴片结构。该天线实现了从3.1GHz到10.6GHz的超宽带传输特性(驻波系数小于2)，且具有两个窄带频段进行陷波，有效降低了与该两频段间的干扰。

Description

一种新型的基于H形刻槽的超宽带陷波天线

技术领域

本发明涉及一种新型的基于H形刻槽的超宽带陷波天线，在天线的辐射天线的3上刻一个H形槽实现双陷波功能，天线辐射单元采用五边形贴片结构。该天线实现了从3.1GHz到10.6GHz的超宽带传输特性(驻波系数小于2)，且分别于5.6～6.4GHz、8.8～9.4GHz两个窄带频段进行陷波，有效降低了与该两频段间的干扰。

超宽带通信技术广泛应用在雷达、定位、电子对抗以及保密通信等领域，长期以来被各国视为尖端军事技术而严密防护，直到近年来才逐渐趋于民用。超宽带通信技术系统的优点可总括如下：①高隐蔽性。②较强的多径辨识能力和较高的信息传输速率。③系统容量大。④穿透能力强，易于实现定位与通信的一体化。⑤功耗低。

超宽带天线是超宽带无线通信系统的关键组成部分之一，其设计需考虑两方面内容：①实现从3.1GHz到10.6GHz的超宽带传输特性(驻波系数小于2)；②考虑到与其他窄带通信系统的互扰问题，天线进行宽频带通信的同时要具备某些窄带频段的陷波功能。基于以上两点考虑，出现了传统的具有陷波功能超宽带天线的设计方法，即通过等效电路分析，在天线辐射单元上加开某些具有特定功能的槽孔(如L型槽、U型槽)等，以达到所需陷波目的。

背景技术

超宽带技术[1-3]的最初形式为脉冲无线通信，起源于20世纪40年代，低侦侧率等通信设备中使用。近年来，随着微电子器件的技术和工艺的提高，UWB技术开始应用于民用领域。超宽带通信是一种不用载波，而通过对具有很陡上升和下降时间的脉冲进行调制(通常，脉冲宽度在0.20-1.5ns之间)的一种通信，也称为脉冲无线电(Impulse Radio).时域(Time Domain)或无载波(Carrier Free)通信。它具有GHz量级的带宽，并因其发射能量相当小，因此可能在不占用现在已经拥挤不堪频率资源的情况下带来一种全新的语音及数据通信方式。

自从3.1GHz到10.6GHz的频带被美国联邦政府开放商用之后，超宽带天线就受到了极大的关注。因为极快的数据处理速度以及对消除部分多径效应干扰，超宽带天线被认为是未来嗲通信系统的出路之一。因为超宽带天线的内部设计带有冲突的成分包括阻抗不能完美的匹配，以及辐射的稳定性超宽带天线的尺寸等等，所以超宽带天线在发展的过程中也受到了一定的限制。共面波导馈电天线具有很多优点比如说很宽的带宽，制备价格低易于和电台频率兼容

在之前为了提高贴片天线的带宽由很多的方案，比如说使用一个相对较厚的介质板，使用低传导恒定的并联共振器，在主贴片上堆叠多个寄生的贴片，或者在靠近主贴片的地方放置多个贴片，U型的刻槽，L型探针，有损耗的介质等等。印刷天线的辐射贴片有很多种形式三角形，长方形，椭圆形，圆形正方形，还有很多。

发明内容

本发明的目的在于提供一种新型的基于H形刻槽的超宽带陷波天线，具有双陷波功能。如图1所示，本发明提出的超宽带天线由五部分构成，分别为介质板1、H形刻槽2、贴片天线3(包括辐射单元与馈线)、耦合贴片天线3和4。整个超宽带天线的构造及尺寸如图2所示。

本发明采用的技术方案：

一种新型的基于H形刻槽的超宽带陷波天线，其特征在于，贴片天线(3)由五边形的辐射单元和两个矩形馈线组成，其五边形平行于坐标轴的边长分别为14mm、4.5mm、3mm、与五边形辐射单元相连接的矩形馈线长和宽分别为0.6mm、0.3mm下面的矩形馈线的长和宽分别为9mm和3mm,位于介质基板(1)的上表面，贴片天线(3)的轴线与介质基板(1)的轴线重合，整个天线结构关于介质板呈左右对称。

根据权利要求1所述一种新型的基于H形刻槽的超宽带陷波天线，其特征在于，介质基板(1)的长、宽、高分别为40mm、60mm、1.6mm，材料是FR4，相对介电常数为4.4。

根据权利要求1所述一种新型的基于H形刻槽的超宽带陷波天线，其特征在于，陷波结构由位于辐射贴片面上的一个H形的刻槽形成，整个槽的宽度是一样的，其自身上下对称，左右对称，槽的结构由参数L7、L8、L9，改变这些参数的值会影响陷波的频率。

根据权利要求1所述的一种新型的基于H形刻槽的超宽带陷波天线在贴片天线两边有两个耦合贴片天线(4)和(5)，两个耦合天线结构完全一样，关于贴片天线(3)对称分布，由平行于坐标轴的边长为9mm、5.7mm、6mm的五边形构成。改变五边形的边长会改变天线的带宽。

后文将结合附图及具体实施方式对发明内容进行详细论述。

附图说明

图1是本发明所述新型的基于H形刻槽的超宽带陷波天线的结构示意图；

图2是本发明所述新型的基于H形刻槽的超宽带陷波天线的尺寸说明图；

图3是发明所述新型的基于H形刻槽的超宽带陷波天线的H形槽的尺寸说明图

符号说明：

1是介质基板，2是H形刻槽，3是贴片天线(包含辐射单元与馈线)，4和5是耦合贴片天线增加天线的带宽。

具体实施方式

由于所述超宽带天线工作于微波频段，这里将借助微波传输线理论来分析其辐射原理。假设贴片天线三角形辐射单元的半径为半波长λ/2，介质基板的厚度为L₃。这样，可以将三角形辐射单元、介质基板和接地板看作长为λ/2的低阻抗微带传输线，并在辐射单元边缘部位形成开路。又因为介质基板厚度远小于波长λ，因而电场沿贴片平面法线方向的分量基本无变化。在只考虑主模激励的情况下，电磁波辐射基本可以认为是由辐射单元开路部位的边缘引起的。可以将开路端的电场分解为沿贴片平面的水平分量和平行于平面法线的垂直分量，其中垂直分量因相位相反而相互抵消，故电场的水平分量使辐射单元开路端被等效为无限大平面上同相激励的缝隙。这样，辐射单元的对外辐射就等效成了缝隙的辐射。

如图2所示，L、L1、L2、L3、L4、L5、L6、W、M、g分别为14mm、6mm、3mm、0.3mm、4.5mm、4.5mm、5.7mm、3mm、0.6mm、0.6mm。基底面完全镀铜。

形成陷波的H形刻槽由下面的参数进行设置

形成陷波的H形刻槽L7、L8、L9、分别为1.8mm、4mm、0.4mm，可以通过改变L7、L8、L9的长短来进行调整，在外形不变的情况下，按比例线性增加三个量的值，将使得谐振点向低频移动。可见，如果要实现超宽带天线的低频陷波，可以适当增加刻槽的大小。

基于IEEE802.11标准的WLAN允许在局域网络环境中使用ISM中的2.4GHZ和5.8GHZ频段，为避免超宽带通信系统与无线局域网通信的相互干扰，所述发明超宽带贴片天线频段的陷波功能防止了与相应窄带系统间的干扰，这是本发明除超宽带传输特性之外的另一重要应用意义。当然亦可根据实际需求来恰当设置H形刻槽的尺寸，以达到对不同窄带频段的陷波效果。

Claims (4)

1.一种新型的基于H形刻槽的超宽带陷波天线，其特征在于，贴片天线(3)由五边形的辐射单元和两个矩形馈线组成，其五边形平行于坐标轴的边长分别为14mm、4.5mm、3mm、与五边形辐射单元相连接的矩形馈线长和宽分别为0.6mm、0.3mm下面的矩形馈线的长和宽分别为9mm和3mm,位于介质基板(1)的上表面，贴片天线(3)的轴线与介质基板(1)的轴线重合，整个天线结构关于介质板呈左右对称。

2.根据权利要求1所述一种新型的基于H形刻槽的超宽带陷波天线，其特征在于，介质基板(1)的长、宽、高分别为40mm、60mm、1.6mm，材料是FR4，相对介电常数为4.4。

3.根据权利要求1所述一种新型的基于H形刻槽的超宽带陷波天线，其特征在于，陷波结构由位于辐射贴片面上的一个H形的刻槽形成，整个槽的宽度是一样的，关于介质板呈左右对称，其自身上下对阵，左右对称，槽的结构由参数L7、L8、L9，改变这些参数的值会影响陷波的频率。

4.根据权利要求1所述的一种新型的基于H形刻槽的超宽带陷波天线在贴片天线两边有两个耦合贴片天线(4)和(5)，两个耦合天线结构完全一样，关于贴片天线(3)对称分布，由平行于坐标轴的边长为9mm、5.7mm、6mm的五边形构成。改变五边形的边长会改变天线的带宽。