CN107706523A - 一种陷波可控超宽带天线 - Google Patents

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Abstract

本发明属于通信系统中的天线技术领域，具体涉及一种陷波可控超宽带天线。包括微带馈线、辐射单元、介质基板、接地板；微带馈线、辐射单元为上层，介质基板为中间层位于微带馈线、辐射单元的下方，接地板为下层位于介质基板的下方；在辐射单元上开设有开路缝隙和开口谐振环,且开路缝隙从辐射单元的右侧边缘延伸至辐射单元内；在所述接地板开设有第一开口谐振环、第二开口谐振环；在所述开路缝隙和开口谐振环上分别加载第一PIN二极管和第二PIN二极管；在所述第一开口谐振环和第二开口谐振环上分别加载第三PIN二极管和第四PIN二极管。本发明能够实现超宽带、单频带陷波、双频带陷波和三频带陷波，结构简单，适用于超宽带无线通信系统。

Description

一种陷波可控超宽带天线
技术领域
本发明属于通信系统中的天线技术领域，具体涉及一种陷波可控超宽带天线。
背景技术
超宽带技术具有成本低、数据传输率高、抗干扰能力强等优点，自从2002年美国联邦通信委员会将3.1-10.6GHz频段应用于商业领域以来，超宽带技术成为短距离无线通信领域的研究热点。在超宽带通信系统频段内，存在一些窄带无线通信系统，如WiMAX频段(3.3-3.6GHz)，C波段(3.7-4.2GHz)，WLAN频段(5.15-5.35GHz,5.725-5.825GHz)以及ITU频段(8.025-8.4GHz)，这些窄带系统与超宽带通信系统间相互干扰。为了减小超宽带通信系统与窄带通信系统间的干扰问题，同时根据实际应用环境的需求实时改变超宽带天线的陷波频段，陷波可控超宽带天线获得了广泛关注。
近年来，国内外学者提出了多种陷波可控超宽带天线，但是它们共同的特点是天线只能实现单频带陷波或者双频带陷波，如何设计出多频带陷波可控的超宽带天线是一个仍然有待于解决的技术难题。因此，研究陷波可控超宽带天线是解决超宽带通信系统与多个窄带通信系统间干扰技术难题的有效途径。
发明内容
本发明的目的解决目前超宽带通信系统与多个窄带通信系统间的干扰技术问题，提供一种结构简单的陷波可控超宽带天线。
为实现上述目的，本发明所采取的技术方案是：
一种陷波可控超宽带天线，包括微带馈线、辐射单元、介质基板、接地板；所述微带馈线、辐射单元为上层，所述介质基板为中间层位于微带馈线、辐射单元的下方，所述接地板为下层位于介质基板的下方；所述辐射单元位于微带馈线的上方，所述辐射单元为切角的矩形贴片，在所述辐射单元上开设有开路缝隙和开口谐振环，且所述开路缝隙从辐射单元的右侧边缘延伸至辐射单元内；所述开口谐振环位于开路缝隙的下方，并且以接地板的一条中心线为轴对称；所述接地板为开槽和切角的缺陷地结构，在所述接地板的一条中心线两侧背靠背对称开设有第一开口谐振环、第二开口谐振环；在所述开路缝隙和开口谐振环上分别加载第一PIN二极管和第二PIN二极管；在所述第一开口谐振环和第二开口谐振环上分别加载第三PIN二极管和第四PIN二极管。
优选地，所述辐射单元上开路缝隙和开口谐振环的长度分别对应于WiMAX陷波频率的四分之一导波波长和WLAN陷波频率的二分之一导波波长；所述接地板上第一开口谐振环和第二开口谐振环的长度对应于ITU陷波频率的二分之一导波波长。
优选地，所述介质基板采用介电常数为4.4，厚度为1.6mm的FR4的介质基板
优选地，所述微带馈线长度为14mm，宽度为3mm。
优选地，所述矩形贴片的辐射单元的尺寸为16mm×16mm，切角部分尺寸为3mm×2mm；
优选地，所述接地板的尺寸为30mm×12.5mm，开槽尺寸为3.5mm×2mm，切角的两个直角边长度分别为4mm和7mm。
本发明中所述辐射单元切角以及接地板开槽和切角，有助于改善天线的阻抗带宽；在辐射单元的开路缝隙、开口谐振环及接地板的两个开口谐振环上分别加载第一、第二、第三和第四PIN二极管，通过控制二极管的不同组合状态，天线能实现超宽带、三个单频带陷波、三个双频带陷波以一个三频带陷波共8种工作模式。在四个PIN二极管都导通的情况下，天线工作在超宽带模式，记为state1；当只有第一PIN二极管断开时，天线在WiMAX频段的3.3-3.6GHz具有陷波特性，记为state 2；当只有第二PIN二极管断开时，天线在WLAN频段的5.15-5.825GHz具有陷波特性，记为state 3；当只有第三和第四PIN二极管断开时，天线在ITU频段的8.025-8.4GHz具有陷波特性，记为state 4；当只有第三和第四PIN二极管导通时，天线陷波频段覆盖了WiMAX频段的3.3-3.6GHz和WLAN频段的5.15-5.825GHz，记为state 5；当只有第二PIN二极管导通时，天线陷波频段覆盖了WiMAX频段的3.3-3.6GHz和ITU频段的8.025-8.4GHz，记为state 6；当只有第一PIN二极管导通时，天线陷波频段覆盖了WLAN频段的5.15-5.825GHz和ITU频段的8.025-8.4GHz，记为state 7；当四个PIN二极管都断开时，天线陷波频段覆盖了WiMAX频段的3.3-3.6GHz、WLAN频段的5.15-5.825GHz以及ITU频段的8.025-8.4GHz，记为state 8。
因此，与现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)辐射单元切角以及缺陷地结构，可以增加阻抗带宽，改善频段内的阻抗匹配；
(2)通过控制PIN二极管的状态，天线可以实现单频带陷波、双频带陷波和三频带陷波，为解决超宽带通信系统与多个窄带通信系统间的干扰技术难题提供行之有效的解决途径；同时利用PIN二极管的通断状态形成不同的电流路径，实现陷波频率可重构。
(3)天线结构简单，成本低，实用价值高，并目可以和目前的窄带通信系统同时工作而互不干扰。
附图说明：
图1为本发明所述陷波可控超宽带天线的主视图。
图2为本发明所述陷波可控超宽带天线的后视图。
图3为本发明所述陷波可控超宽带天线state 1-state 4工作模式的电压驻波比曲线。
图4为本发明所述陷波可控超宽带天线state 5-state 8工作模式的电压驻波比曲线。
图5为本发明所述陷波可控超宽带天线工作在5GHz的归一化辐射方向图。
图6为本发明所述陷波可控超宽带天线工作在7GHz的归一化辐射方向图。
图7为本发明所述陷波可控超宽带天线工作在9GHz的归一化辐射方向图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施方式作详细说明：
如附图1、图2所示，一种陷波可控超宽带天线，包括微带馈线1、辐射单元2、介质基板3、接地板4；所述微带馈线1、辐射单元2为上层，所述介质基板3为中间层位于微带馈线1、辐射单元2的下方，所述辐射单元2位于微带馈线1的上方，所述接地板4为下层位于介质基板3的下方；所述辐射单元2为切角的矩形贴片，在所述辐射单元2上开设有开路缝隙5和开口谐振环6，且所述开路缝隙5从辐射单元2的右侧边缘延伸至辐射单元2内；所述开口谐振环6位于开路缝隙5的下方，并且以接地板4的一条中心线为轴对称；所述接地板4为开槽和切角的缺陷地结构，在所述接地板4的一条中心线两侧背靠背对称开设有第一开口谐振环、第二开口谐振环；在所述开路缝隙5和开口谐振环6上分别加载第一PIN二极管8-1和第二PIN二极管8-2；在所述第一开口谐振环和第二开口谐振环上分别加载第三PIN二极管8-3和第四PIN二极管8-4。
本实施例中所述辐射单元上开路缝隙5和开口谐振环6的长度分别对应于WiMAX陷波频率的四分之一导波波长和WLAN陷波频率的二分之一导波波长；所述接地板4上第一开口谐振环7-1和第二开口谐振环7-2的长度对应于ITU陷波频率的二分之一导波波长。
本实施例所述介质基板3采用介电常数为4.4，厚度为1.6mm的FR4的介质基板
本实施例所述微带馈线1长度为14mm，宽度为3mm。
本实施例所述矩形贴片的辐射单元2的尺寸为16mm×16mm，切角部分尺寸为3mm×2mm；
本实施例所述接地板4的尺寸为30mm×12.5mm，开槽尺寸为3.5mm×2mm，切角的两个直角边长度分别为4mm和7mm。
如图3、4所示出了陷波可控超宽带天线各个工作模式的电压驻波比曲线，其中横坐标代表频率变量，单位为GHz，纵坐标代表幅度变量。图3为超宽带模式和三个单频带陷波模式的电压驻波比曲线。从图中可以看出，当天线工作在state 1(8-1，8-2、8-3和8-4导通)时，天线工作频率范围为3.1-12GHz，覆盖了超宽带的3.1-10.6GHz；当天线工作在state 2(8-1断开，8-2、8-3和8-4导通)时，天线陷波频率为3-3.79GHz，覆盖了WiMAX频段；当天线工作在state 3(8-2断开，8-1、8-3和8-4导通)时，天线陷波频率为5.12-5.89GHz，覆盖了WLAN频段；当天线工作在state 4(8-3和8-4断开，8-1和8-2导通)时，天线陷波频率为7.9-8.5GHz，覆盖了ITU频段。图4为三个双频带陷波模式和一个三频带陷波模式的电压驻波比曲线。当天线工作在state 5(8-1和8-2断开，8-3和8-4导通)时，天线陷波频率为2.97-3.68GHz和4.93-5.52GHz，覆盖了WiMAX频段和WLAN频段；当天线工作在state 6(8-1、8-3和8-4断开，8-2导通)时，天线陷波频率为2.99-3.78GHz和7.89-8.46GHz，覆盖了WiMAX频段和ITU频段；当天线工作在state 7(8-2、8-3和8-4断开，8-1导通)时，天线陷波频率为5.13-5.84GHz和7.96-8.59GHz，覆盖了WLAN频段和ITU频段；当天线工作在state 8(8-1，8-2、8-3和8-4断开)时，天线陷波频率为3.12-3.75GHz、5.02-5.84GHz和7.93-8.53GHz，覆盖了WiMAX频段、WLAN频段以及ITU频段。
如图5-7示出了陷波可控超宽带天线在5GHz、7GHz和9GHz时的归一化辐射方向图。从图中可以看出，天线在整个频段内的辐射性能稳定，E面方向图基本呈“8”字型，H面方向图基本是全向型，满足超宽带无线通信系统的要求。

Claims (6)

1.一种陷波可控超宽带天线，其特征是，包括微带馈线(1)、辐射单元(2)、介质基板(3)、接地板(4)；所述微带馈线(1)、辐射单元(2)为上层，所述介质基板(3)为中间层位于微带馈线(1)、辐射单元(2)的下方，所述接地板(4)为下层位于介质基板(3)的下方；所述辐射单元(2)位于微带馈线(1)的上方，所述辐射单元(2)为切角的矩形贴片，在所述辐射单元(2)上开设有开路缝隙(5)和开口谐振环(6)，且所述开路缝隙(5)从辐射单元(2)的右侧边缘延伸至辐射单元(2)内；所述开口谐振环(6)位于开路缝隙(5)的下方，并且以接地板(4)的一条中心线为轴对称；所述接地板(4)为开槽和切角的缺陷地结构，在所述接地板(4)的一条中心线两侧背靠背对称开设有第一开口谐振环(7-1)、第二开口谐振环(7-2)；在所述开路缝隙(5)和开口谐振环(6)上分别加载第一PIN二极管(8-1)和第二PIN二极管(8-2)；在所述第一开口谐振环(7-1)和第二开口谐振环(7-2)上分别加载第三PIN二极管(8-3)和第四PIN二极管(8-4)。
2.根据权利要求1所述一种陷波可控超宽带天线，其特征是，所述辐射单元上开路缝隙(5)和开口谐振环(6)的长度分别对应于WiMAX陷波频率的四分之一导波波长和WLAN陷波频率的二分之一导波波长；所述接地板(4)上第一开口谐振环(7-1)和第二开口谐振环(7-2)的长度对应于ITU陷波频率的二分之一导波波长。
3.根据权利要求1所述一种陷波可控超宽带天线，其特征是，所述介质基板(3)采用介电常数为4.4，厚度为1.6mm的FR4的介质基板。
4.根据权利要求1所述一种陷波可控超宽带天线，其特征是，所述微带馈线(1)长度为14mm，宽度为3mm。
5.根据权利要求1所述一种陷波可控超宽带天线，其特征是，所述矩形贴片的辐射单元(2)的尺寸为16mm×16mm，切角部分尺寸为3mm×2mm。
6.根据权利要求1所述一种陷波可控超宽带天线，其特征是，所述接地板(4)的尺寸为30mm×12.5mm，开槽尺寸为3.5mm×2mm，切角的两个直角边长度分别为4mm和7mm。
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