CN111342213A - 一种开口谐振环双陷波超宽带单极天线 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种开口谐振环双陷波超宽带单极天线，包括介质基板、天线辐射器、共面波导馈线、第一铜面、第二铜面和接入端子；所述介质基板为矩形介质基板，所述天线辐射器为两相邻角带矩形缺口的矩形天线，所述介质基板的一面设置有共面波导馈线、第一铜面和第二铜面，所述共面波导馈线设置在介质基板的轴线上，所述第一铜面和第二铜面分别设置在共面波导馈线两边且关于介质基板的轴线对称，所述介质基板的另一面设置有按“田”字排布的四个开口谐振环；所述共面波导馈线、第一铜面和第二铜面均与接入端子连接。本发明通过在传输线上加载两对开口谐振环结构，在特定的频段上产生耦合谐振，使得该天线具有双频陷波和宽带陷波功能。
Description
技术领域
本发明属于天线领域，具体涉及一种开口谐振环双陷波超宽带单极天线。
背景技术
随着无线通信系统的快速发展，超宽带(ultrawideband，UWB)天线成为了无线通信领域的焦点，受到了越来越多研究设计者的青睐。但是现有技术中存在以下问题：无线通信系统频带与超宽带系统通信频带之间的相互干扰和天线小型化的问题。窄带通信频带与超宽带通信系统之间存在相互干扰问题，具有带阻特性的超宽天线是一种较好的解决方案，现有技术中实现方法大多数为在辐射贴片或在传输线上进行蚀刻缝隙或者加带阻结构。这些设计方案大多数都为针对某种应用场景而设计的，如在辐射贴片上开印蚀刻缝隙，缝隙尺寸、形状的不同影响着贴片天线的带阻特性，决定着UWB的抗干扰性，而这种抗干扰性往往只针对某一特定窄带频带，而一旦蚀刻定型无法更改，使得此类型天线无法适应别的应用场景。
发明内容
针对现有技术中的上述不足，本发明提供的一种开口谐振环双陷波超宽带单极天线解决了现有超宽带天线存在的问题。
为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：一种开口谐振环双陷波超宽带单极天线，包括介质基板、天线辐射器、共面波导馈线、第一铜面、第二铜面和接入端子；
所述介质基板为矩形介质基板，所述天线辐射器为两相邻角带矩形缺口的矩形天线，所述介质基板的一面设置有共面波导馈线、第一铜面和第二铜面，所述共面波导馈线设置在介质基板的轴线上，所述第一铜面和第二铜面分别设置在共面波导馈线两边且关于介质基板的轴线对称，所述介质基板的另一面设置有按“田”字排布的四个开口谐振环；
所述共面波导馈线、第一铜面和第二铜面均与接入端子连接。
进一步地，所述接入端子包括插针、绝缘层和中空圆柱安装端子；
所述插针的一端通过绝缘层固定在安装端子内部的一端，其另一端设置在安装端子的内部且悬空；所述安装端子外表面设置有若干螺纹。
进一步地，所述介质基板与接入端子的轴线平行。
进一步地，所述第一铜面和第二铜面均通过焊接的方式与安装端子固定，所述共面波导馈线通过焊接的方式与插针固定。
进一步地，所述第一铜面和第二铜面均与共面波导馈线无触点。
进一步地，所述四个开口谐振环包括第一开口谐振环、第二开口谐振环、第三开口谐振环和第四开口谐振环；
所述第一开口谐振环包括第一金属内环和第一金属外环，所述第一金属内环和第一金属外环均为矩形且轴线重合，所述第一金属内环和第一金属外环的同一轴线上分别设置有方向相反的缺口；
所述第二开口谐振环包括第二金属内环和第二金属外环，所述第二金属内环和第二金属外环均为矩形且轴线重合，所述第二金属内环和第二金属外环的同一轴线上分别设置有方向相反的缺口；
所述第三开口谐振环包括第三金属内环和第三金属外环，所述第三金属内环和第三金属外环均为矩形且轴线重合，所述第三金属内环和第三金属外环的同一轴线上分别设置有方向相反的缺口；
所述第四开口谐振环包括第四金属内环和第四金属外环，所述第四金属内环和第四金属外环均为矩形且轴线重合，所述第四金属内环和第四金属外环的同一轴线上分别设置有方向相反的缺口。
进一步地，所述第一金属外环的缺口和第三金属外环的缺口相邻，所述第二金属外环的缺口与四金属外环的缺口相邻。
进一步地，所述第一金属外环和第三金属外环关于共面波导馈线所在的轴线对称，所述第二金属外环与四金属外环关于共面波导馈线所在的轴线对称。
进一步地，所述天线辐射器、共面波导馈线、第一铜面、第二铜面、插针、中空圆柱安装端子、第一开口谐振环、第二开口谐振环、第三开口谐振环和第四开口谐振环采用的材料均为铜。
本发明的有益效果为：
(1)本发明通过在传输线上加载两对开口谐振环结构，在特定的频段上产生耦合谐振，使得该天线具有双频陷波和宽带陷波功能。
(2)本发明在开口谐振环谐振频率下，传播的信号被抑制并且反射回来，可以将多个不同几何尺寸、不同谐振频率的开口谐振环交替平行放置在传输线上方，从而实现天线的多阻带效果。
(3)本发明中两对开口谐振环是沿着传输线轴向分开的，它们的距离是λ/4，λ是对应的最小谐振频率的波长。单极子天线辐射器和开口谐振环是独立设计的，在超宽带天线辐射的频谱范围内，可以用多个开口谐振环调节任意所需的带阻。
附图说明
图1为本发明中开口谐振环双陷波超宽带单极天线的正面示意图；
图2为本发明中开口谐振环双陷波超宽带单极天线的背面示意图；
图3为本发明中开口谐振环双陷波超宽带单极天线参数标注图；
其中：1-介质基板、2-天线辐射器、3-共面波导馈线、4-第一铜面、5-第二铜面、6-接入端子、7-第一金属外环、8-第二金属外环、9-第三金属外环、10-第四金属外环、11-第一金属内环、12-第二金属内环、13-第三金属内环、14-第四金属内环、15-插针、16-绝缘层、17-安装端子。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
下面结合附图详细说明本发明的实施例。
如图1-图3共同所示，一种开口谐振环双陷波超宽带单极天线，包括介质基板1、天线辐射器2、共面波导馈线3、第一铜面4、第二铜面5和接入端子6；
所述介质基板1为矩形介质基板，所述天线辐射器2为两相邻角带矩形缺口的矩形天线，所述介质基板1的一面设置有共面波导馈线3、第一铜面4和第二铜面5，所述共面波导馈线3设置在介质基板1的轴线上，所述第一铜面4和第二铜面5分别设置在共面波导馈线3两边且关于介质基板1的轴线对称，所述介质基板1的另一面设置有按“田”字排布的四个开口谐振环；
所述共面波导馈线3、第一铜面4和第二铜面5均与接入端子6连接。
所述接入端子6包括插针15、绝缘层16和中空圆柱安装端子17；所述插针15的一端通过绝缘层16固定在安装端子17内部的一端，其另一端设置在安装端子17的内部且悬空；所述安装端子17外表面设置有若干螺纹。
所述介质基板1与接入端子6的轴线平行。所述第一铜面4和第二铜面5均通过焊接的方式与安装端子17固定，所述共面波导馈线3通过焊接的方式与插针15固定。
所述第一铜面4和第二铜面5均与共面波导馈线3无触点。所述介质基板1的另一面设置有按“田”字排布的四个开口谐振环，所述四个开口谐振环包括第一开口谐振环、第二开口谐振环、第三开口谐振环和第四开口谐振环。
所述第一开口谐振环包括第一金属内环11和第一金属外环7，所述第一金属内环11和第一金属外环7均为矩形且轴线重合，所述第一金属内环11和第一金属外环7的同一轴线上分别设置有方向相反的缺口；所述第二开口谐振环包括第二金属内环12和第二金属外环8，所述第二金属内环12和第二金属外环8均为矩形且轴线重合，所述第二金属内环12和第二金属外环8的同一轴线上分别设置有方向相反的缺口；所述第三开口谐振环包括第三金属内环13和第三金属外环9，所述第三金属内环13和第三金属外环9均为矩形且轴线重合，所述第三金属内环13和第三金属外环9的同一轴线上分别设置有方向相反的缺口；所述第四开口谐振环包括第四金属内环14和第四金属外环10，所述第四金属内环14和第四金属外环10均为矩形且轴线重合，所述第四金属内环14和第四金属外环10的同一轴线上分别设置有方向相反的缺口。
所述第一金属外环7的缺口和第三金属外环9的缺口相邻，所述第二金属外环8的缺口与四金属外环10的缺口相邻。
所述第一金属外环7和第三金属外环9关于共面波导馈线3所在的轴线对称，所述第二金属外环8与四金属外环10关于共面波导馈线3所在的轴线对称。
在本实施例中，所述第一金属外环7和第三金属外环9之间的间隙小于共面波导馈线3的宽度，所述第二金属外环8与四金属外环10之间的间隙小于共面波导馈线3的宽度。
所述天线辐射器2、共面波导馈线3、第一铜面4、第二铜面5、插针15、中空圆柱安装端子17、第一开口谐振环、第二开口谐振环、第三开口谐振环和第四开口谐振环采用的材料均为铜。
在本实施例中，介质基板1的厚度为1mm，其介电常数为4.4，其介质损耗角正切为0.02，其材料等级为FR-4。所述天线辐射线2的长度L1为17.5mm，其宽度W1为15mm；共面波导馈线3的宽度W2为1.8mm，第一铜面4和第二铜面5与共面波导馈线3之间的距离均为W3，W3＝0.25mm；第一金属外环7和第三金属外环9的长度均为L2和宽度均为W4，L2＝10.6mm，W4＝7.6mm；第一金属内环11的四边与第一金属外环7的四边间距均为G1，第三金属内环13的四边与第三金属外环9的四边间距均为G1，G1＝0.65mm；第二金属外环8和第四金属外环10的长度均为L3和宽度均为W5，L3＝6.8mm，W5＝5.5mm；第二金属内环12的四边与第二金属外环8的四边间距均为G2，第四金属内环14的四边与第四金属外环10的四边间距均为G2，G2＝0.6mm。
本发明的工作原理为：通过天线辐射器2进行电磁波的发射与接收，通过共面波导馈线3传递电磁波时，磁场会通过开口谐振环的中心轴线耦合到开口谐振环中，变化的磁场在开口谐振环中内外金属环上感应产生电流，由于内金属环和外金属环上的开口位置是相反的，使在同一侧内金属环和外金属环上积累异号的电荷，从而促使内金属环和外金属环之间形成位移电流，因此内外金属环之间的缝隙构成了分布电容。由于金属环自身能够等效为分布电感，使得开口谐振环在特定的频率上产生谐振，这时开口谐振环等效为一个磁偶极子，共面波导馈线3上的电磁信号的传播产生开口谐振环上的电动势，电动势反过来引起开口谐振环中内外金属环之间的电流反向流动，使受激励的开口谐振环产生谐振，并且阻止共面波导馈线3上的电磁波在其谐振频率上传播，从而使宽带天线在特定的频率下产生带阻的效果。
本发明的有益效果为：
(1)本发明通过在传输线上加载两对开口谐振环结构，在特定的频段上产生耦合谐振，使得该天线具有双频陷波和宽带陷波功能。
(2)本发明在开口谐振环谐振频率下，传播的信号被抑制并且反射回来，可以将多个不同几何尺寸、不同谐振频率的开口谐振环交替平行放置在传输线上方，从而实现天线的多阻带效果。
(3)本发明中两对开口谐振环是沿着传输线轴向分开的，它们的距离是λ/4，λ是对应的最小谐振频率的波长。单极子天线辐射器和开口谐振环是独立设计的，在超宽带天线辐射的频谱范围内，可以用多个开口谐振环调节任意所需的带阻。
Claims (9)
1.一种开口谐振环双陷波超宽带单极天线，其特征在于，包括介质基板(1)、天线辐射器(2)、共面波导馈线(3)、第一铜面(4)、第二铜面(5)和接入端子(6)；
所述介质基板(1)为矩形介质基板，所述天线辐射器(2)为两相邻角带矩形缺口的矩形天线，所述介质基板(1)的一面设置有共面波导馈线(3)、第一铜面(4)和第二铜面(5)，所述共面波导馈线(3)设置在介质基板(1)的轴线上，所述第一铜面(4)和第二铜面(5)分别设置在共面波导馈线(3)两边且关于介质基板(1)的轴线对称，所述介质基板(1)的另一面设置有按“田”字排布的四个开口谐振环；
所述共面波导馈线(3)、第一铜面(4)和第二铜面(5)均与接入端子(6)连接。
2.根据权利要求1所述的一种开口谐振环双陷波超宽带单极天线，其特征在于，所述接入端子(6)包括插针(15)、绝缘层(16)和中空圆柱安装端子(17)；
所述插针(15)的一端通过绝缘层(16)固定在安装端子(17)内部的一端，其另一端设置在安装端子(17)的内部且悬空；所述安装端子(17)外表面设置有若干螺纹。
3.根据权利要求2所述的一种开口谐振环双陷波超宽带单极天线，其特征在于，所述介质基板(1)与接入端子(6)的轴线平行。
4.根据权利要求2所述的一种开口谐振环双陷波超宽带单极天线，其特征在于，所述第一铜面(4)和第二铜面(5)均通过焊接的方式与安装端子(17)固定，所述共面波导馈线(3)通过焊接的方式与插针(15)固定。
5.根据权利要求1所述的一种开口谐振环双陷波超宽带单极天线，其特征在于，所述第一铜面(4)和第二铜面(5)均与共面波导馈线(3)无触点。
6.根据权利要求4所述的一种开口谐振环双陷波超宽带单极天线，其特征在于，所述四个开口谐振环包括第一开口谐振环、第二开口谐振环、第三开口谐振环和第四开口谐振环；
所述第一开口谐振环包括第一金属内环(11)和第一金属外环(7)，所述第一金属内环(11)和第一金属外环(7)均为矩形且轴线重合，所述第一金属内环(11)和第一金属外环(7)的同一轴线上分别设置有方向相反的缺口；
所述第二开口谐振环包括第二金属内环(12)和第二金属外环(8)，所述第二金属内环(12)和第二金属外环(8)均为矩形且轴线重合，所述第二金属内环(12)和第二金属外环(8)的同一轴线上分别设置有方向相反的缺口；
所述第三开口谐振环包括第三金属内环(13)和第三金属外环(9)，所述第三金属内环(13)和第三金属外环(9)均为矩形且轴线重合，所述第三金属内环(13)和第三金属外环(9)的同一轴线上分别设置有方向相反的缺口；
所述第四开口谐振环包括第四金属内环(14)和第四金属外环(10)，所述第四金属内环(14)和第四金属外环(10)均为矩形且轴线重合，所述第四金属内环(14)和第四金属外环(10)的同一轴线上分别设置有方向相反的缺口。
7.根据权利要求6所述的一种开口谐振环双陷波超宽带单极天线，其特征在于，所述第一金属外环(7)的缺口和第三金属外环(9)的缺口相邻，所述第二金属外环(8)的缺口与四金属外环(10)的缺口相邻。
8.根据权利要求6所述的一种开口谐振环双陷波超宽带单极天线，其特征在于，所述第一金属外环(7)和第三金属外环(9)关于共面波导馈线(3)所在的轴线对称，所述第二金属外环(8)与四金属外环(10)关于共面波导馈线(3)所在的轴线对称。
9.根据权利要求6所述的一种开口谐振环双陷波超宽带单极天线，其特征在于，所述天线辐射器(2)、共面波导馈线(3)、第一铜面(4)、第二铜面(5)、插针(15)、中空圆柱安装端子(17)、第一开口谐振环、第二开口谐振环、第三开口谐振环和第四开口谐振环采用的材料均为铜。
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| JAWAD Y. SIDDIQUI等: "Compact Dual-SRR-Loaded UWB Monopole Antenna With Dual Frequency and Wideband Notch Characteristics", 《IEEE ANTENNAS AND WIRELESS PROPAGATION LETTERS》 * |
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