CN106876959A - 一种新型的u形单极子超宽带天线 - Google Patents

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焦天奇
王燕燕
耿方
耿一方
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Abstract

一种新型的U形单极子超宽带天线，在3.1GHz～10.6GHz分为内都能有较好的工作特性。该天线由贴片天线(1)(包括辐射单元和馈线)，介质板(2)接地板(3)U形刻槽(4)。本发明利用在辐射单元上加上两个矩形去掉两个三角形的刻槽的方法增加了天线的带宽，其回波损耗在最低的店可以达到-51dB，在1.56GHz～18GHz范围内到在-10dB下，由较好的工作特性。

Description

一种新型的U形单极子超宽带天线
技术领域
本发明涉及一种新型的U形单极子超宽带天线，在3.1GHz到10.6GHz的频率范围由较好的工作特性，其回波损耗在最低点达到了-51，而且在1.56GHz到18GHz范围内的回波损耗都在-10dB以下，其工作特性较好。
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，即通过效等电路分析，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U形单极子超宽带天线。如图1所示，本发明提出的超宽带天线由五部分构成，贴片天线(1)(包括辐射单元与馈线)、介质板(2)、有五个矩形刻槽的接地板(3)U形刻槽(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U形单极子超宽带天线，根据权利要求1所述一种新型的单极子超宽带微波传输天线，其特征在与，天线(1)由辐射单元和馈线组成，其辐射单元由一个矩形上面刻出一个矩形槽，在上面的两个角刻出两个三角形槽构成，其矩形辐射单元的长和宽分别为18mm和15mm，矩形槽的长和宽分别为12mm和6mm，三角形的两个边长分别为2mm和0.5mm，两个三角形呈对称分布，在辐射单元中间刻出一颗U型的槽，槽的中线和介质板的中线重合。
根据权利要求1所述一种新型的U形单极子超宽带天线，其特征在于，其天线的中线和介质板得中线重合，整个天线呈左右对称分布。
根据权利要求1所述一种新型的U形单极子超宽带天线，其特征在于，馈线由三部分组成，最下面的馈线的长和宽分别为3mm和16.8mm，中间的矩形馈线的长和宽分别为8mm和1.5mm，最上面的馈线的长和宽分别为12mm和1.5mm。
根据权利要求1所述一种新型单极子超宽带双阻带天线，其特征在于，介质基板的介电常数为2.2。
根据权利要求1所述一种新型的U形单极子超宽带天线，起特征在于，在接地板的场合宽分别为16mm和32mm，在接地板上刻出三个矩形的槽，其上面两个角矩形的长和宽分别为1mm和1mm，上面中间的矩形的长和宽分别为2.5mm和2mm，其接地板的结构也呈左右对称。
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U形单极子超宽带天线的结构示意图；
图2是本发明所述新型的U形单极子超宽带天线的尺寸说明图；
图3是本发明的所述新型的U形单极子超宽带天线接地板的尺寸说明图；
符号说明：
1是贴片天线(包含辐射单元与馈线)，2是介质板，3是接地面。4是U形的刻槽
具体实施方式
由于所述U形单极子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，W1、W2、W3、L1、L2、Lx、Wx、Lf、Wf、Lq、L4、L5分别为12mm、2.5mm、3mm、13mm、6mm、1.5mm、8mm、16.8mm、32mm、2mm、3mm，接地板镀铜。
接地板由下面的参数进行设置
如图3所示，L3、Wt、Lt分别为1mm、2mm、2.5mm。改变这些刻槽的尺寸会影响天线的带宽。

Claims (5)

1.一种新型的U形单极子超宽带天线，根据权利要求1所述一种新型的U形单极子超宽带天线，其特征在与，天线(1)由辐射单元和馈线组成，其辐射单元由一个矩形上面刻出一个矩形槽，在上面的两个角刻出两个三角形槽构成，其矩形辐射单元的长和宽分别为18mm和15mm，矩形槽的长和宽分别为12mm和6mm，三角形的两个边长分别为2mm和0.5mm，两个三角形呈对称分布，在辐射单元中间刻出一颗U型的槽，槽的中线和介质板的中线重合。
2.根据权利要求1所述一种新型的U形单极子超宽带天线，其特征在于，其天线的中线和介质板得中线重合，整个天线呈左右对称分布。
3.根据权利要求1所述一种新型的U形单极子超宽带天线，其特征在于，馈线由三部分组成，最下面的馈线的长和宽分别为3mm和16.8mm，中间的矩形馈线的长和宽分别为8mm和1.5mm，最上面的馈线的长和宽分别为12mm和1.5mm。
4.根据权利要求1所述一种新型的U形单极子超宽带天线，其特征在于，介质基板的介电常数为2.2。
5.根据权利要求1所述一种新型的U形单极子超宽带天线，起特征在于，在接地板的场合宽分别为16mm和32mm，在接地板上刻出三个矩形的槽，其上面两个角上的两个矩形槽的边长分别为1mm、1mm，中间的矩形槽的边长分别为2.5mm、2mm，其接地板的结构也呈左右对称。
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