CN110518355A

CN110518355A - 一种超宽带天线

Info

Publication number: CN110518355A
Application number: CN201911015784.4A
Authority: CN
Inventors: 杨广学; 张鹏
Original assignee: WUHAN HUILIAN UNLIMITED TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: WUHAN HUILIAN UNLIMITED TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2019-10-24
Filing date: 2019-10-24
Publication date: 2019-11-29
Anticipated expiration: 2039-10-24
Also published as: CN110518355B

Abstract

本申请实施例公开了一种超宽带天线，包括介质基板；位于所述介质基板的正面的第一开口谐振环和第二开口谐振环，分别用于产生第一陷波频段和第二陷波频段；位于所述介质基板的背面的第三开口谐振环，用于产生第三陷波频段；所述第三开口谐振环与所述第一开口谐振环和所述第二开口谐振环共同作用，用于产生第四陷波频段。

Description

一种超宽带天线

技术领域

本申请实施例涉及无线通信领域，涉及但不限于一种超宽带天线。

背景技术

自2002年美国联邦通信委员会规定3.1-10.6 GHz（Giga Hertz，吉咖赫兹）频段为民用UWB（Ultra-WideBand，超宽带）频段以来，UWB技术成为研究热点，并得到迅速发展。UWB技术是一种具有抗干扰性强，传输带宽宽，发送功率小，传输速率高等优点的通信技术。但WLAN（Wireless Local Area Network，无线局域网）、5G（the 5th Generation mobilecommunication technology，第五代移动通信技术）等窄带通信系统占用了民用UWB频段（3.1-10.6 GHz）中的部分频段，这样，用于超宽带通信系统的超宽带天线接收和发送的UWB信号将会受到这些频段的窄带信号的干扰。比如，WLAN占用的频段为5.15-5.35GHz和5.725-5.825GHz，卫星电视广播和小型卫星地面站使用的C波段占用的频段为3.7-4.2GHz，卫星通信系统等使用的X波段占用的频段为7.7-8.4GHz，5G占用的频段为3.3-3.6GHz和4.8-5.0GHz，这些频段都与民用UWB频段（3.1-10.6GHz）产生了重合，可能与超宽带天线接收和发送的UWB信号互相干扰。

因此，UWB天线需要具有频带陷波特性，以使其接收和发送的UWB信号可以屏蔽特定频段的窄带信号的干扰。但是，相关技术中的超宽带天线能够产生的陷波频段数目普遍不能满足要求。

发明内容

有鉴于此，本申请实施例为解决现有技术中存在的至少一个问题而提供一种超宽带天线。

本申请实施例的技术方案是这样实现的：

本申请实施例提供一种超宽带天线，包括：

介质基板；

位于所述介质基板的正面的第一开口谐振环和第二开口谐振环，分别用于产生第一陷波频段和第二陷波频段；

位于所述介质基板的背面的第三开口谐振环，用于产生第三陷波频段；

所述第三开口谐振环与所述第一开口谐振环和所述第二开口谐振环共同作用，用于产生第四陷波频段。

本申请实施例中，在介质基板的正面设置第一开口谐振环和第二开口谐振环，分别用于产生第一陷波频段和第二陷波频段；还在介质基板的背面设置第三开口谐振环，用于产生第三陷波频段；此外，第三开口谐振环还与第一开口谐振环和第二开口谐振环共同作用，用于产生第四陷波频段。这样，本申请实施例中的超宽带天线一共可以产生四个不同的陷波频段，其在接收和发送信号的过程中可以屏蔽多个特定频段的窄带信号的干扰，具有更好的信号传输性能。

附图说明

图1为本申请实施例中印刷单极子天线的基本结构示意图；

图2A为本申请实施例中一种超宽带天线的正面结构示意图；

图2B为本申请实施例中一种超宽带天线的背面结构示意图；

图3A为本申请实施例中另一种超宽带天线的正面结构示意图；

图3B为本申请实施例中另一种超宽带天线的背面结构示意图；

图4A为本申请实施例中另一种超宽带天线的正面结构示意图；

图4B为本申请实施例中另一种超宽带天线的背面结构示意图；

图5为本申请实施例中天线a的基本结构示意图；

图6为本申请实施例中天线b的基本结构示意图；

图7为本申请实施例中天线c的基本结构示意图；

图8为本申请实施例中天线a、天线b、天线c和超宽带天线在工作频段内的电压驻波比曲线示意图；

图9为本申请实施例中d与超宽带天线的带宽变化之间的关系示意图；

图10为本申请实施例中d1与超宽带天线的带宽变化之间的关系示意图；

图11A为本申请实施例中超宽带天线工作在3.3GHz时表面的电流分布示意图；

图11B为本申请实施例中超宽带天线工作在3.8GHz时表面的电流分布示意图；

图11C为本申请实施例中超宽带天线工作在5.2GHz时表面的电流分布示意图；

图11D为本申请实施例中超宽带天线工作在8.3GHz时表面的电流分布示意图；

图12为本申请实施例中超宽带天线的实物图；

图13为本申请实施例中超宽带天线的回波损耗的仿真结果和实测结果示意图；

图14A为本申请实施例中超宽带天线工作在6GHz时E平面和H平面方向图的仿真结果示意图；

图14B为本申请实施例中超宽带天线工作在6GHz时E平面和H平面方向图的实测结果示意图；

图15A为本申请实施例中超宽带天线工作在7GHz时E平面和H平面方向图的仿真结果示意图；

图15B为本申请实施例中超宽带天线工作在7GHz时E平面和H平面方向图的实测结果示意图；

图16A为本申请实施例中超宽带天线工作在9.5GHz时E平面和H平面方向图的仿真结果示意图；

图16B为本申请实施例中超宽带天线工作在9.5GHz时E平面和H平面方向图的实测结果示意图；

图17为超宽带天线在6GHz、7GHz和9.5GHz附近频带的增益曲线的仿真和测试结果示意图。

具体实施方式

UWB通信系统中，为了实现信号的接收和发送，要求天线具有宽频性能。印刷单极子天线具有频带宽、体积小、制作简单和成本低等诸多优点，在UWB通信系统中得到广泛应用。

图1示出了印刷单极子天线100的基本结构，在介质基板110表面印制有辐射贴片120、带状馈线130和接地贴片140。辐射贴片120可以是如图1所示的圆形，也可以是矩形、椭圆形、三角形等。根据辐射贴片120的形状，印刷单极子天线可以分为圆形单极子天线、矩形单极子天线、椭圆形单极子天线、三角形单极子天线等。

印刷单极子天线100工作在无线信号发射模式时，带状馈线130为印刷单极子天线100的信号输入端口。连接印刷单极子天线100的信号发射模块将电流信号通过带状馈线130输出到印刷单极子天线100，通过印刷单极子天线100将电信号转换为无线信号发射出去。

印刷单极子天线100工作在无线信号接收模式时，带状馈线130为印刷单极子天线100的信号输出端口。印刷单极子天线100将接收到的无线信号转换为电信号，通过带状馈线130将电流信号输出到连接印刷单极子天线100的信号接收模块。

印刷单极子天线100中，辐射贴片120和带状馈线130形成电流通路，接地贴片140上产生感应电流。辐射贴片120和接地贴片140上的交变电流产生交变磁场，从而将电磁波向外辐射。一般而言，以辐射贴片120上交变电流的辐射贡献为主，接地贴片140上的交变电流也有一定的辐射贡献。

因此，通过对印刷单极子天线100中辐射贴片120、接地贴片140等的形状进行调整，比如，修剪切角和增加短路枝节，可以影响印刷单极子天线100的阻抗匹配，进而改善和提高印刷单极子天线100的性能，从而满足不同场景的应用需求。

本申请实施例中，提供一种在印刷单极子天线的基础上进行了改进的超宽带天线，其在接收和发送信号的过程中可以屏蔽多个特定频段的窄带信号的干扰，具有更好的信号传输性能。

下面结合附图和实施例对本申请的技术方案进一步详细阐述。

实施例一

本申请实施例提供一种超宽带天线，如图2A和图2B所示，超宽带天线200包括介质基板210；位于所述介质基板210的正面的第一开口谐振环221和第二开口谐振环222，分别用于产生第一陷波频段和第二陷波频段；位于所述介质基板210的背面的第三开口谐振环250，用于产生第三陷波频段；所述第三开口谐振环250与所述第一开口谐振环221和所述第二开口谐振环222共同作用，用于产生第四陷波频段。

这里，超宽带天线200的结构与图1所示的印刷单极子天线100的结构相似，包括辐射贴片220、带状馈线230和接地贴片240。图2A中辐射贴片220的形状为圆形。本领域技术人员可以理解，辐射贴片220也可以为其他形状。

辐射贴片220和接地贴片240均位于介质基板210的正面，带状馈线230为共面波导馈线。一方面，采用共面波导馈线可以减少能量损耗，提高天线效率。另一方面，采用共面波导馈线可以实现在介质基板210的同侧设置辐射贴片220和接地贴片240，而不需使用过孔，从而简化天线结构。

开口谐振环（Split-Ring Resonator，SSR）是一个具有开口的金属环。电磁波入射到开口谐振环上时，磁场的变化使得金属环上产生感应电流。同时，金属环上的电流流动，产生等效电感，开口处电荷的聚集产生等效电容。因此，开口谐振环可以等效为电感-电容谐振电路。

与之相对应地，互补型开口谐振环（Complementary Split-Ring Resonator，CSRR）是一种刻蚀在金属上的环状开口槽。当互补型开口谐振环受到沿着环的轴线方向极化的变化电场的激励时，互补型开口谐振环外部和内部的金属上产生电感效应。同时，外部和内部金属之间产生电容耦合效应。因此，互补型开口谐振环上也可以等效为电感-电容谐振电路。

当交变电磁场的频率与开口谐振环或互补型开口谐振环的谐振频率相同时，大部分能量会被反射回去，在谐振频率附近的频段中辐射效率很低，进而形成陷波频段。

本申请实施例中，第一开口谐振环221和第二开口谐振环222位于介质基板210的正面，分别用于产生第一陷波频段和第二陷波频段；第三开口谐振环250位于介质基板210的背面，用于产生第三陷波频段。其中，第一陷波频段由第一开口谐振环221的谐振频率决定，第二陷波频段由第二开口谐振环222的谐振频率决定，第三陷波频段由第三开口谐振环250的谐振频率决定。

此外，辐射贴片220、带状馈线230和接地贴片240的组合可等效为一个电阻-电容-电感谐振电路。该电阻-电容-电感谐振电路与第一开口谐振环221、第二开口谐振环222、第三开口谐振环250等效而来的电容-电感谐振电路并联或串联后，互相作用，进而产生新的谐振频率，形成第四陷波频段。

通过调节第一开口谐振环221、第二开口谐振环222和第三开口谐振环250的形状、尺寸和位置，可以控制第一陷波频段、第二陷波频段、第三陷波频段和第四陷波频段对应的频率。通常，使第一陷波频段、第二陷波频段、第三陷波频段和第四陷波频段对应的频率互相不重合，就可以使得超宽带天线200可以屏蔽尽可能多的特定频段的窄带信号的干扰，使得超宽带天线200产生的陷波频段数目可以满足实际应用的要求。

这里，如图2B所示，第三开口谐振环250位于介质基板210的背面，其为具有开口的金属环。

本申请实施例中，通过将第三开口谐振环250设置在介质基板210的背面、将第一开口谐振环221和第二开口谐振环222设置在介质基板210的正面，一方面可以减小超宽带天线200的尺寸，另一方面可以防止第三开口谐振环250与第一开口谐振环221和第二开口谐振环222之间互相产生干扰，防止超宽带天线200的陷波特性受到影响。

如图2A所示，第一开口谐振环221和第二开口谐振环222同时位于辐射贴片220上。在其他实施例中，第一开口谐振环221和第二开口谐振环222也可以分别位于带状馈线230两侧的接地贴片240上。位于辐射贴片220或接地贴片240上时，第一开口谐振环221和第二开口谐振环222均为互补型开口谐振环。

在其他实施例中，第一开口谐振环221和第二开口谐振环222中的一个或两个也可以位于介质基板210上。位于介质基板210上的开口谐振环即为具有开口的金属环。

在一些实施例中，第一开口谐振环221、第二开口谐振环222、第三开口谐振环250可以是矩形。

在其他实施例中，第一开口谐振环221、第二开口谐振环222、第三开口谐振环250也可以是圆形、椭圆形，或其他多边形。

通过设置第一开口谐振环221、第二开口谐振环222、第三开口谐振环250的位置和尺寸，可以对第一陷波频段、第二陷波频段、第三陷波频段和第四陷波频段对应的频率进行设定，从而满足超宽带天线200的信号屏蔽需求，使其在接收和发送信号的过程中可以屏蔽多个特定频段的窄带信号的干扰，具有更好的信号传输性能。

实施例二

本申请实施例提供一种超宽带天线，如图3A和图3B所示，超宽带天线300包括介质基板310，位于介质基板310正面的辐射贴片320；辐射贴片320上设置有通过刻蚀形成的第一开口谐振环321和第二开口谐振环322，分别用于产生第一陷波频段和第二陷波频段；超宽带天线300还包括位于所述介质基板310的背面的第三开口谐振环350，用于产生第三陷波频段；所述第三开口谐振环350与所述第一开口谐振环321和所述第二开口谐振环322共同作用，用于产生第四陷波频段。

这里，第一开口谐振环321和第二开口谐振环322位于辐射贴片320上，为互补型开口谐振环。

第一开口谐振环321和第二开口谐振环322分别用于产生第一陷波频段和第二陷波频段；第三开口谐振环350用于产生第三陷波频段。其中，第一陷波频段由第一开口谐振环321的谐振频率决定，第二陷波频段由第二开口谐振环322的谐振频率决定，第三陷波频段由第三开口谐振环350的谐振频率决定。

此外，辐射贴片320、带状馈线330和接地贴片340的组合可等效为一个电阻-电容-电感谐振电路。该电阻-电容-电感谐振电路与第一开口谐振环321、第二开口谐振环322、第三开口谐振环350等效而来的电容-电感谐振电路并联或串联后，互相作用，进而产生新的谐振频率，形成第四陷波频段。

为了形成信号通路，在一些实施例中，位于所述介质基板310正面的带状馈线330，用于连接所述辐射贴片320和信号线；

位于所述带状馈线330两侧的接地贴片340，用于连接接地线。

这里，信号线的另一端连接有信号发射模块和信号接收模块，接地线的另一端连接地电位。超宽带天线300工作时，电流分布在辐射贴片320、带状馈线330和接地贴片340上，通过信号线和接地线与信号发射模块或信号接收模块进行能量传输。

在一些实施例中，每一所述接地贴片340上刻蚀有一L形开口槽341和一三角形开口槽342，用于改善所述超宽带天线300的阻抗匹配特性。

这里，通过在接地贴片340上刻蚀L形开口槽341和三角形开口槽342，调整L形开口槽341和三角形开口槽342的位置和形状，可以改善超宽带天线300的阻抗匹配特性，从而产生合适的频段，增加超宽带天线300的工作带宽。

在一些实施例中，接地贴片340为矩形；三角形开口槽342位于所述接地贴片340上靠近所述辐射贴片320的一角。

这里，通过在接地贴片340上靠近辐射贴片320的一角刻蚀三角形开口槽342，可以使得辐射贴片320与接地贴片340之间的间隙呈现为渐变的结构。这样，可以改变辐射贴片320与接地贴片340之间的耦合电容和分布电感，使得辐射贴片320与接地贴片340形成更好的耦合，进而改善超宽带天线300的阻抗匹配特性，增加超宽带天线300的工作带宽。

在其他实施例中，也可以在接地贴片340靠近辐射贴片320的一边、远离带状馈线330的一角刻蚀三角形开口槽342，这样，也可以使超宽带天线300的阻抗具有更好的连续性，以获得更好的阻抗匹配及更宽的工作带宽。

在一些实施例中，所述接地贴片340、所述L形开口槽341和所述三角形开口槽342对称设置在所述带状馈线330的两侧。

这里，通过将接地贴片340、L形开口槽341和三角形开口槽342对称设置在带状馈线330的两侧，使得接地贴片340、L形开口槽341和三角形开口槽342上垂直于带状馈线330，且方向相反的电场和磁场分量可以相互抵消，简化电磁场的分布情况，方便对各结构的尺寸进行设计和调整。

当然，即使将超宽带天线300设计为完全对称的结构，在实际生产中，得到的成品也会出现一定程度的误差，影响天线的对称性。

针对实际生产中无法避免的尺寸误差，在一些实施例中，也可直接将天线设计为非对称结构，减小实物的尺寸误差造成的性能影响。

在一些实施例中，所述辐射贴片320为圆形，所述第一开口谐振环321、所述第二开口谐振环322和所述第三开口谐振环350为矩形。

这里，通过将辐射贴片320设置为圆形，使得辐射贴片320与接地贴片340之间的间隙呈现为渐变的结构。这样，可以改变辐射贴片320与接地贴片340之间的耦合电容和分布电感，使得辐射贴片320与接地贴片340形成更好的耦合，进而改善超宽带天线300的阻抗匹配特性，增加超宽带天线300的工作带宽。

在其他实施例中，辐射贴片320也可以设置为矩形、椭圆形、三角形等形状。若辐射贴片320为矩形、椭圆形、三角形等形状，对应调整接地贴片340的形状，也可以改善超宽带天线300的阻抗匹配特性，增加超宽带天线300的工作带宽。

第一开口谐振环321、第二开口谐振环322和第三开口谐振环350设置为矩形。在其他实施例中，第一开口谐振环321、第二开口谐振环322和第三开口谐振环350的形状也可以是圆形或其他多边形。

在一些实施例中，第一开口谐振环321与第二开口谐振环322的开口方向相同。所述第三开口谐振环350与所述第一开口谐振环321的开口方向相反。所述第一开口谐振环321的尺寸大于第二开口谐振环322的尺寸，且小于所述第三开口谐振环350的尺寸。

这里，第一开口谐振环321和第二开口谐振环322的开口方向会影响辐射贴片320上的电流分布，从而影响超宽带天线300的阻抗特性。

第三开口谐振环350的开口方向会影响第三开口谐振环350上电荷聚集的位置。不同部位聚集的电荷产生的电场不同，对超宽带天线300的阻抗特性带来的影响也不同。

因此，可以根据需要设置第一开口谐振环321、第二开口谐振环322和第三开口谐振环350的开口方向。

同样地，第三开口谐振环350在介质基板310背面的位置也可以根据需要进行设置。

第一开口谐振环321、第二开口谐振环322和第三开口谐振环350的尺寸直接影响其谐振频率，需要根据超宽带天线300的陷波频段需求进行设置。

实施例三

本申请实施例提供一种超宽带天线。如图4所示，超宽带天线400包括介质基板410，位于介质基板410正面的辐射贴片420、带状馈线430、接地贴片440，和位于介质基板410背面的第三开口谐振环450，其中：

辐射贴片420上设置有第一开口谐振环421和第二开口谐振环422，第一开口谐振环421和第二开口谐振环422分别用于产生第一陷波频段和第二陷波频段。

介质基板410背面的第三开口谐振环450用于产生第三陷波频段。

并且，第三开口谐振环450与第一开口谐振环421和第二开口谐振环422共同作用，用于产生第四陷波频段。

辐射贴片420为圆形，第一开口谐振环421、第二开口谐振环422和第三开口谐振环450均为正方形。

第一开口谐振环421和第二开口谐振环422的开口方向相同，均向上；第三开口谐振环450的开口向下，与第一开口谐振环421的开口方向相反。

第一开口谐振环421的尺寸大于第二开口谐振环422的尺寸，且小于第三开口谐振环450的尺寸。

接地贴片440有两个，在带状馈线430的两侧呈对称设置。

每个接地贴片440上刻蚀有一个L形开口槽441和一个三角形开口槽442，用于改善超宽带天线400的阻抗匹配特性；两个L形开口槽441和两个三角形开口槽442也分别在带状馈线430的两侧呈对称设置。

接地贴片440为矩形，三角形开口槽442位于接地贴片440上靠近辐射贴片420的一角。

本申请实施例中，当超宽带天线400工作在第一陷波频段时，电流被聚集在第一开口谐振环421处；当超宽带天线400工作在第二陷波频段时，电流被聚集在第二开口谐振环422处；当超宽带天线400工作在第三陷波频段时，电流被聚集在第一开口谐振环450处；当超宽带天线400工作在第四陷波频段时，电流被聚集在第一开口谐振环421、第二开口谐振环422和第三开口谐振环450处。

通过在超宽带天线400中设置第一开口谐振环421、第二开口谐振环422和第三开口谐振环450，使得超宽带天线400工作在特定频率时，电流被聚集在开口谐振环处。当超宽带天线400处于发射模式时，能量被消耗在开口谐振环处，无法以电磁波的形式向外发散；当超宽带天线400处于接收模式时，能量被消耗在开口谐振环处，无法将接收到的电磁波信号转换为有效的电信号并经过信号线和接地线发送到天线信号接收端。

在一些实施例中，介质基板410的材质为FR-4（Flame Retardant-4，阻燃等级-4），介电常数为4.3，损耗角正切为0.025，厚度为1.6mm。

表1示出了超宽带天线400各部分的尺寸。其中，L是介质基板410的长度值，W是介质基板410的宽度值。w1是接地贴片440的宽度值，ls是接地贴片440的长度值。l1是第三开口谐振环450距离介质基板410底部的高度值。r是辐射贴片420的半径值，s是带状馈线430的宽度值，gs是带状馈线430与接地贴片440之间的缝隙宽度值。

L形开口槽441的两边长度相等，d1是L形开口槽441的边长值，gs1是L形开口槽441的宽度值。

三角形开口槽442为等腰三角形，d为三角形开口槽442的直角边的边长值。

第一开口谐振环421、第二开口谐振环422和第三开口谐振环450均为正方形，边长值分别为a1、a2、a3，宽度分别为c1、c2、c3，开口的缝隙长度分别为g1、g2、g3。第一开口谐振环421的内边缘与第二开口谐振环422的外边缘之间的缝隙宽度值为x。

表1 超宽带天线400相关尺寸数值表

图5到图7示出了尺寸与超宽带天线400相同，不具有开口谐振环、或仅有一个或两个开口谐振环的天线结构。其中，图5所示为天线a，图6所示为天线b，图7所示为天线c。

如图5所示，天线a包括介质基板510、辐射贴片520、带状馈线530、接地贴片540；接地贴片540有两个，在带状馈线530的两侧呈对称设置。每个接地贴片540上刻蚀有一个L形开口槽541和一个三角形开口槽542。

如图6所示，天线b包括介质基板610、辐射贴片620、带状馈线630、接地贴片640；接地贴片640有两个，在带状馈线630的两侧呈对称设置。辐射贴片620上设置有第一开口谐振环621。每个接地贴片640上刻蚀有一个L形开口槽641和一个三角形开口槽642。

如图7所示，天线c包括介质基板710、辐射贴片720、带状馈线730、接地贴片740；接地贴片740有两个，在带状馈线730的两侧呈对称设置。辐射贴片720上设置有第一开口谐振环721和第二开口谐振环722。每个接地贴片740上刻蚀有一个L形开口槽741和一个三角形开口槽742。

图8示出了天线a、天线b、天线c和超宽带天线400在工作频段内的电压驻波比（Voltage Standing Wave Ratio，VSWR）曲线。

由图8可见，本申请实施例中，通过按照表1中的尺寸设置超宽带天线400的结构，相比于不具有开口谐振环、或仅有一个或两个开口谐振环的天线，本申请实施例中的超宽带天线400实现了2.5-12GHz的超宽工作频带，并在2.84-3.62GHz（5G）、3.67-4.21GHz（C波段）、5.11-5.51GHz（WLAN）和7.7-9.01GHz（X波段）形成多个陷波特性。

通过调节三角形开口槽442的直角边的边长值d，可以改变辐射贴片420与接地贴片440之间的耦合电容和分布电感，使得辐射贴片420与接地贴片440形成更好的耦合，进而改善超宽带天线400的阻抗匹配特性，增加超宽带天线400的工作带宽。

图9所示为d与超宽带天线400的带宽变化之间的关系。由图9可见，随着d的增加，超宽带天线400在X波段处的陷波效果逐渐变好。但是当d增加到一定值后，超宽带天线400的高频性能逐渐恶化。同时，随着d的增加，对超宽带天线400低频性能的影响不太明显。本申请实施例中，为了得到较宽的工作带宽，最后通过参数优化，将d的值选择为1.0mm。

图10所示为d1与超宽带天线400的带宽变化之间的关系。由图10可见，随着d1的增加，在6-7GHz处，超宽带天线400的阻抗匹配效果逐渐变好，但在WLAN波段处的陷波特性变差。本申请实施例中，将d1的值选择为4.0mm。

图11A示出了超宽带天线400工作在3.3GHz时表面的电流分布，图11B示出了超宽带天线400工作在3.8GHz时表面的电流分布，图11C示出了超宽带天线400工作在5.2GHz时表面的电流分布，图11D示出了超宽带天线400工作在8.3GHz时表面的电流分布。

由图11A、图11B、图11C和图11D可见，超宽带天线400工作在3.3GHz时，电流主要集中在第一开口谐振环421上，在3.3GHz附近产生第一陷波频段。超宽带天线400工作在3.8GHz时，电流主要集中在第二开口谐振环422上，在3.8GHz附近产生第二陷波频段。超宽带天线400工作在5.2GHz时，电流主要集中在第三开口谐振环450上，在5.2GHz附近产生第三陷波频段。超宽带天线400工作在8.3GHz时，电流主要集中在第一开口谐振环421、第二开口谐振环422和第三开口谐振环450上，在8.3GHz附近产生第四陷波频段，第四陷波频段由三个开口谐振环共同作用产生。

图12为本申请实施例中超宽带天线400的实物图。图13示出了本申请实施例中超宽带天线400的回波损耗（S11）曲线的仿真结果和实测结果。

由于加工精度、同轴线接头焊接点及介质基板410损耗等原因导致仿真与实测结果存在一定误差。但通过图13可以看出，超宽带天线400的工作带宽仍可覆盖2.7-10.9GHz频带，且在2.9-3.62GHz、3.68-4.29GHz、5.10-5.54GHz以及7.7-9.1GHz频带上具有较好的陷波特性。

实际应用中，超宽带天线不仅需要有陷波特性，还需要在通带范围内具有全向辐射性。图14A和图14B分别示出了本申请实施例中超宽带天线400工作在6GHz时E平面和H平面方向图的仿真和实测结果；图15A和图15B分别示出了本申请实施例中超宽带天线400工作在7GHz时E平面和H平面方向图的仿真和实测结果；图16A和图16B分别示出了本申请实施例中超宽带天线400工作在9.5GHz时E平面和H平面方向图的仿真和实测结果。

其中，6GHz、7GHz和9.5GHz均位于超宽带天线400的通带范围内。从图14A到图16B中可以看出，超宽带天线400的E面方向图形状近似为“8”的定向辐射，H面方向图为圆形呈现全向辐射特性。由此可见，本申请实施例中的超宽带天线400符合超宽带天线的工作特性，可应用于实际的UWB通信系统中。

图17示出了超宽带天线400在6GHz、7GHz和9.5GHz附近频带的增益曲线的仿真和测试结果图。从图中可以看出，在通带范围内，超宽带天线400的峰值增益较高，辐射效率也保持在78%到85%之间，但在陷波频段的增益值和辐射效率明显下降，意味着超宽带天线400在陷波频段的可辐射功率或可接收功率都非常低，足以屏蔽其他通信系统的干扰。

应理解，说明书通篇中提到的“一个实施例”或“一实施例”意味着与实施例有关的特定特征、结构或特性包括在本申请的至少一个实施例中。因此，在整个说明书各处出现的“在一个实施例中”或“在一实施例中”未必一定指相同的实施例。此外，这些特定的特征、结构或特性可以任意适合的方式结合在一个或多个实施例中。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的物品或者装置中还存在另外的相同要素。

以上所述，仅为本申请的实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims

1.一种超宽带天线，其特征在于，包括：

介质基板；

2.根据权利要求1所述的超宽带天线，其特征在于，还包括：

位于所述介质基板正面的辐射贴片；

所述辐射贴片上设置有通过刻蚀形成的所述第一开口谐振环和所述第二开口谐振环。

3.根据权利要求2所述的超宽带天线，其特征在于，还包括：

位于所述介质基板正面的带状馈线，用于连接所述辐射贴片和信号线；

位于所述带状馈线两侧的接地贴片，用于连接接地线。

4.根据权利要求3所述的超宽带天线，其特征在于：

每一所述接地贴片上刻蚀有一L形开口槽和一三角形开口槽，用于改善所述超宽带天线的阻抗匹配特性。

5.根据权利要求4所述的超宽带天线，其特征在于：

所述接地贴片为矩形；

所述三角形开口槽位于所述接地贴片上靠近所述辐射贴片的一角。

6.根据权利要求5所述的超宽带天线，其特征在于：

所述接地贴片、所述L形开口槽和所述三角形开口槽对称设置在所述带状馈线的两侧。

7.根据权利要求2所述的超宽带天线，其特征在于：

所述辐射贴片为圆形，所述第一开口谐振环、所述第二开口谐振环和所述第三开口谐振环为矩形。

8.根据权利要求7所述的超宽带天线，其特征在于：

所述第一开口谐振环与所述第二开口谐振环的开口方向相同。

9.根据权利要求8所述的超宽带天线，其特征在于：

所述第三开口谐振环与所述第一开口谐振环的开口方向相反。

10.根据权利要求7至9中任一项所述的超宽带天线，其特征在于：

所述第一开口谐振环的尺寸大于第二开口谐振环的尺寸，且小于所述第三开口谐振环的尺寸。