CN111541008A - 一种具有双陷波特性的超宽带天线 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种具有双陷波特性的超宽带天线，包括顶层辐射贴片层、中间介质基板和底层接地板，所述顶层辐射贴片层、中间介质基板和底层接地板紧密相连为一个天线整体，所述顶层辐射贴片层与微带传输线连接，所述顶层辐射贴片层上靠近所述微带传输线的一侧蚀刻有一开口向上的C形缝隙以实现WLAN频段陷波特性，所述微带传输线上蚀刻有一直角U形缝隙以实现X波段陷波特性。本发明能够提高天线的陷波效果，使天线在无线局域网络和X波段卫星两个窄带频段形成了良好的陷波特性。

Description

一种具有双陷波特性的超宽带天线
技术领域
本发明涉及一种超带宽天线，特别是涉及一种具有双陷波特性的超宽带天线，可以与WLAN窄带系统和WiMAX窄带系统协作通信。
背景技术
随着移动通信技术的迅猛发展，物联网时代对各种数据业务的需求激增，对现代无线通信数据存储量、信息传输速度提出了更高的要求，同时现代电子设备朝着小型化、集成化的方向发展，超宽带技术由于自身传输速度快、存储容量大、安全性高等特点脱颖而出，得到了商业界和学术界的广泛关注。超宽带天线作为超宽带系统的必要组件，一度成为学术和商业界的研究热点，但是宽带系统内存在着全球微波接入(WorldWideInteroperability for Microwave Acess,WiMAX,3.3～3.6GHz)，无线局域网(WirelessLocal Area Networks,WLAN,5.15～5.35GHz,5.725～5.825GHz)、ITU(8-8.5GHz)、C波段卫星(3.7～4.2GHz)和X波段卫星(7.25～7.75GHz)等多种窄带系统，窄带系统信号会对宽带系统造成干扰，影响宽带系统的稳定性，因此需要设计具有性能的超宽带天线。
Pichet Moeikham将“L”形缝隙与修改后的“V”形缝隙嵌入到辐射贴片中，设计了一款适用于具有电磁干扰的超宽带通信系统的双陷波天线。Dhanesh V.K在辐射贴片刻蚀三阶互补方形分裂环谐振器，该天线结构成功实现了WiMAX和WLAN两个频段的陷波特性。Zhenya,Li等人采用了匹配枝节、开槽、加载谐振器三种方法设计了一款天线，天线在2.7～11GHz的工作带宽内具有3.5,4.6,5.5,7.5GHz和8.2GHz五个陷波中心频率。
目前实现超宽带天线的方法主要有：开槽法、加载谐振器、添加匹配枝节，通过特定的方法，或者多种方法的混合可以使天线在相应频段内产生带阻特性，从而达到滤波的效果。其中开槽法由于原理简单、容易实现，同时不会改变原有天线的尺寸等优点，称为目前实现超宽带陷波特性最长采用的方法。通过传统的开槽法在辐射贴片上蚀刻相应的缝隙，虽然可以产生相应的阻带，但是由于陷波的深度不够，导致并不能使超宽带天线很好的产生阻抗失配，在相应频带内的增益仍然较高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种具有双陷波特性的超宽带天线，能够提高天线的陷波效果，使天线在无线局域网络和X波段卫星两个窄带频段形成了良好的陷波特性。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种具有双陷波特性的超宽带天线，包括顶层辐射贴片层、中间介质基板和底层接地板，所述顶层辐射贴片层、中间介质基板和底层接地板紧密相连为一个天线整体，所述顶层辐射贴片层与微带传输线连接，所述顶层辐射贴片层上靠近所述微带传输线的一侧蚀刻有一开口向上的C形缝隙以实现WLAN频段陷波特性，所述微带传输线上蚀刻有一直角U形缝隙以实现X波段陷波特性。
所述开口向上的C形缝隙的开口宽度为0.7mm，长边长度为9mm，短边长度为4mm。
所述直角U形缝隙的宽度为0.375mm，短边长度为1.5mm，长边长度为7.3mm。
所述顶层辐射贴片层为圆角矩形。
所述圆角矩形的四个角上均贴有三段连续的圆弧形贴片。
所述底层接地板为一个沿中线左右对称的梯形接地板。
所述微带传输线为50Ω矩形微带线，所述顶层辐射贴片层通过所述50Ω矩形微带线馈电。
有益效果
由于采用了上述的技术方案，本发明与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：本发明在微带传输线和靠近微带传输线一侧蚀刻缝隙，有利于实现良好的陷波特性，天线的仿真带宽为2.13～14.32GHz，覆盖了超宽带天线所要求的3.1～10.6GHz，在4.91～5.855GHz的频率范围内，S11均大于-10，同时陷波频率中心超过-5，覆盖了WLAN(5.125～5.825GHz)频段，在7.127～8.15GHz的频率范围内，S11均大于-10，同时陷波频率中心超过-6，覆盖了X波段(7.25～7.75GHz)。该天线尺寸小，仿真陷波带宽略大于要求的带宽，因此允许存在一定的加工误差。
附图说明
图1为本发明天线的结构示意图；
图2为本发明天线中开口向上的C形缝隙示意图；
图3为本发明天线中的直角U形缝隙示意图；
图4为本发明天线中的顶层辐射贴片层和底层接地板示意图；
图5为本发明天线的仿真驻波比曲线图；
图6为本发明天线的仿真增益曲线图；
图7为本发明天线在3GHz处E面和H面的辐射方向图；
图8为本发明天线在5GHz处E面和H面的辐射方向图；
图9为本发明天线在7GHz处E面和H面的辐射方向图；
图10为本发明天线在9GHz处E面和H面的辐射方向图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
本发明的实施方式涉及一种具有双陷波特性的超宽带天线，如图1所示，包括顶层辐射贴片层、中间介质基板和底层接地板，所述顶层辐射贴片层、中间介质基板和底层接地板紧密相连为一个天线整体。其中，中间介质基板的厚度为1.6mm，采用的材料为RogersRT/duroid5880(tm)。
介质基板1的上表面为顶层辐射贴片层2，下表面为底层接地板4，顶层辐射贴片层2的下方通过连接矩形微带传输线3馈电，顶层辐射贴片层2上蚀刻一个开口向上的“C”形缝隙5，用于实现天线WLAN频段的陷波特性，矩形微带传输线3上蚀刻一个直角“U”形缝隙6，用于实现天线X波段的陷波特性。
图2为开口向上的C形缝隙的具体结构，开口向上的C形缝隙的开口宽度ww为0.7mm，长边L3长度为9mm，短边L4长度为4mm。
图3为直角U形缝隙的具体结构，直角U形缝隙的宽度wn1为0.375mm，短边L1长度为1.5mm，长边L2长度为7.3mm。
如图4所示，顶层辐射贴片层的初始结构为一个圆角矩形，其大小为15.5mm*15.5mm，随后在四个角处分别嵌入3个连续的半径为1.5mm的圆弧形贴片，利用三个连续的圆弧形贴片代替圆角矩形的四个角有利于扩展天线的带宽。底层接地板4为一个沿中线左右对称的梯形接地板，且中间部分蚀刻一个矩形缝隙，有利于拓展带宽。微带传输线3为长为12.5mm、宽为3mm的50Ω矩形微带线。
在宽带系统的高频部分，实际的陷波效果往往不够良好，导致不能在对应频段增益衰减不够，由于微带传输线3内的电流更加密集，因此本实施方式在微带传输线或者靠近微带传输线一侧蚀刻缝隙，由于电流密度较高，因此更容易获得良好的陷波特性，增加缝隙对电流的影响，从而增加陷波深度。
如图5所示，其中，横坐标为频率，纵坐标为驻波比值，图中灰色柱状部分为本发明天线仿真得到的陷波频段，柱状部分内的虚线为陷波中心频率，从图5中可以看出天线带宽有效覆盖了超宽带所要求的3.1～10.6GHz，同时在WLAN和X波段产生了良好的陷波特性，WLAN的陷波频段为4.91～5.85GHz，X的陷波频段为7.127～8.13GHz，均有效覆盖了WLAN(5.125～5.825GHz)和X波段(7.25～7.75GHz)的频率范围，从虚线可以看出陷波中心频率几乎一致。
图6为天线仿真增益曲线图，其中，横坐标为频率，纵坐标为弱增益及PeakGain值，从图6中可以看出天线在整个频段内的增益平缓，同时在WLAN和X波段都形成了良好的增益衰减。
图7为天线在3GHZ频点处E面和H面的辐射方向图，从图7中可以看出E面辐射方向图为圆形，H面为经典的8字形，证明天线在3GHz处具良好的全向辐射特性。
图8为天线在5GHZ频点处E面和H面的辐射方向图，从图8中可以看出E面辐射方向图为圆形，H面为经典的8字形，证明天线在5GHz处具良好的全向辐射特性。
图9为天线在7GHZ频点处E面和H面的辐射方向图，从图9中可以看出E面辐射方向图为圆形，H面为经典的8字形，但是相比较3GH处出现了衰减，证明天线在7GHz处具全向辐射特性。
图10为天线在9GHZ频点处E面和H面的辐射方向图，从图10中可以看出，在9GHz频点处天线在E面和H面的辐射特性均出现了衰减，但是仍然具有全向辐射特性，证明天线在3.1～10.6GHz的频段范围内具有良好的辐射特性。

Claims (7)

1.一种具有双陷波特性的超宽带天线，包括顶层辐射贴片层、中间介质基板和底层接地板，所述顶层辐射贴片层、中间介质基板和底层接地板紧密相连为一个天线整体，其特征在于，所述顶层辐射贴片层与微带传输线连接，所述顶层辐射贴片层上靠近所述微带传输线的一侧蚀刻有一开口向上的C形缝隙以实现WLAN频段陷波特性，所述微带传输线上蚀刻有一直角U形缝隙以实现X波段陷波特性。
2.根据权利要求1所述的具有双陷波特性的超宽带天线，其特征在于，所述开口向上的C形缝隙的开口宽度为0.7mm，长边长度为9mm，短边长度为4mm。
3.根据权利要求1所述的具有双陷波特性的超宽带天线，其特征在于，所述直角U形缝隙的宽度为0.375mm，短边长度为1.5mm，长边长度为7.3mm。
4.根据权利要求1所述的具有双陷波特性的超宽带天线，其特征在于，所述顶层辐射贴片层为圆角矩形。
5.根据权利要求4所述的具有双陷波特性的超宽带天线，其特征在于，所述圆角矩形的四个角上均贴有三段连续的圆弧形贴片。
6.根据权利要求1所述的具有双陷波特性的超宽带天线，其特征在于，所述底层接地板为一个沿中线左右对称的梯形接地板。
7.根据权利要求1所述的具有双陷波特性的超宽带天线，其特征在于，所述微带传输线为50Ω矩形微带线，所述顶层辐射贴片层通过所述50Ω矩形微带线馈电。
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