CN115548662B - 一种应用于无线通信系统的uwb天线 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种应用于无线通信系统的UWB天线，包括介质基板，所述介质基板上包括辐射贴片、第一接地板与第二接地板，所述辐射贴片、第一接地板与第二接地板均设置于介质基板的上表面；所述辐射贴片上设置有截线，所述截线开槽在第二接地板上，且与第二接地板接触；所述第一接地板、第二接地板、第一接地板与第二接地板与截线共同构成馈电网络。本发明实现了多个谐振模式并存的单极化天线，且具有超宽的阻抗带宽，整个带宽范围内均有增益。

Description

一种应用于无线通信系统的UWB天线
技术领域
本发明涉及无线通信技术领域，更具体地说，它涉及一种应用于无线通信系统的UWB天线。
背景技术
天线作为当今时代极其重要的通信设备，是任何一个无线通信系统必不可少的一部分。天线可以分为发射天线和接收天线，是发射和接收天线，是发射和接受电磁波信号的电子设备。发射天线就是把设备中传导的电磁波信号转化为无线电波信号并发射到自由空间中，接收天线则刚好相反，把从自由空间接收到的无线电波信号转化为电磁波信号。但是随着通信的发展，天线也不断的发展和进步，在如今的通信技术中，它被定义为一种可以向空间中的指定角度辐射电磁波或可以有效接收的特定方向的电磁信号的仪器目前5G网络全世界逐步推广，而且卫星通信已被引入5G网络。
随着电子信息及通信相关技术的发展，人们对天线需求的多样性日益凸显，同时对天线用来获取信息的速度、安全性、可靠性的需求日益提高，而天线频谱资源越来越稀缺，这就需要更宽的频域来承载这些需求，超宽带技术的出现提高了了解和解决这些问题的可能性。与窄带天线相比较来说，超宽带天线具有数据传输速率高、失真小、抗干扰能力强等有点，这些优点使之成为近距离传输的主流技术。由于超宽带天线具有这些特点，近年来，超宽带天线技术开始广泛应用于近距离通信、室内精确定位、军事雷达、集成电路等领域。
超宽带天线的馈电方式有同轴线馈电、微带线馈电、共面波导馈电等。其中，共面波导馈电由于信号带和接地面在同一侧，不需要打眼过孔，辐射损耗小，相互之间的窜扰小，非常适合和无源或者有源的表面贴片元件实现串联或者并联，而且共面波导传输的是准TEM模，在加工方面、尺寸方面和级联多样化方面，相比较前两种馈电方式具有极大优势。
发明内容
本发明的目的是为了解决以上技术问题，而提出的具有超宽的阻抗带宽的一种应用于无线通信系统的UWB天线。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种应用于无线通信系统的UWB天线，包括：介质基板，所述介质基板上包括辐射贴片、第一接地板与第二接地板，所述辐射贴片、第一接地板与第二接地板均设置于介质基板的上表面；
所述辐射贴片上设置有截线，所述截线开槽在第二接地板上，且与第二接地板接触；
所述第一接地板、第二接地板、第一接地板与第二接地板与截线共同构成馈电网络。
优选地，所述介质基板上的辐射贴片，除去增加的截线，在其开槽和拓宽结构关于X轴对称。
优选地，所述介质基板上的第一接地板与第二接地板，除去截线，在其开槽的位置关于X轴对称。
优选地，所述截线呈矩形状，且数量为三个。
优选地，所述第一接地板与第二接地板上均设置有长条状的矩形凹槽组件，所述矩形凹槽组件数量为两个，呈镜像对称设置。
优选地，所述辐射贴片的上部呈锯齿状结构，且对称分布。
与现有技术相比，本发明提供了一种应用于无线通信系统的UWB天线，具备以下有益效果：
1、本发明所增加的矩形截线能有效的增加谐振模式，匹配负载和拓宽带宽。
2、本发明在地上开的规则的槽是为了更好的匹配负载。
3、本发明在辐射贴片上开槽和改变结构是为了更好的匹配负载。
4、本发明采用更为简单且比微带线馈电更好的共面波导馈电网络，通过对接地板和传输贴片进行开槽操作，通过增加矩形截线，使得该天线覆盖的频率范围为：2.837GHz至18.508GHz，具有146.84％的阻抗带宽，并且整个频率范围都有增益。
附图说明
图1为本实施例的总示意图；
图2为本实施例介质基板的俯视图；
图3为本实施例介质基板的侧视图；
图4为本实施例介质基板上表面结构图；
图5为本实施例天线仿真S参数曲线图；
图6为本实施例天线的测试增益随频率变化曲线；
图7(a)为本实施例的天线(3GHz)激励的xoz面测试方向图；
图7(b)为本实施例的天线(3GHz)激励的yoz面测试方向图；
图7(c)为本实施例的天线(10GHz)激励的xoz面测试方向图；
图7(d)为本实施例的天线(10GHz)激励的yoz面测试方向图；
图7(e)为本实施例的天线(17GHz)激励的xoz面测试方向图；
图7(f)为本实施例的天线(17GHz)激励的yoz面测试方向图。
图中：1、辐射贴片；2、第一接地板；3、第二接地板；4、介质基板5、截线；6、矩形凹槽组件。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
请参阅图1-7所示，本发明的一种应用于无线通信系统的UWB天线，包括介质基板4，所述介质基板4上包括辐射贴片1、第一接地板2与第二接地板3，所述辐射贴片1、第一接地板2与第二接地板3均设置于介质基板4的上表面；所述辐射贴片1上设置有截线5，所述截线5开槽在第二接地板3上，且与第二接地板3接触；所述第一接地板2、第二接地板3、第一接地板2与第二接地板3与截线5共同构成馈电网络。
其中，本发明中两个接地板印刷在介质基板4的上表面，辐射贴片1印刷在介质基板4的上表面，接地板和辐射贴片1都贴在介质基板4的同一侧，由此构成共面波导馈电网络；可以对所述的截线5通过改变开槽位置、槽的长度宽度、或是改变开槽的方式以及辐射贴片的结构来改变负载匹配程度，从而实现超宽带天线；所述的应用于无线通信系统的UWB天线，其结构小、可以将天线的阻抗带宽大幅提高，且整个频率范围内都有增益。
如图1、2、4所示，本发明所述介质基板4上的辐射贴片1，除去增加的截线5，在其开槽和拓宽结构关于X轴对称；所述介质基板上4的第一接地板2与第二接地板3，除去截线5，在其开槽的位置关于X轴对称。
其中，本发明中涉及沿X轴对称设计，达到了调节阻抗匹配，展宽带宽的的目的，设计更合理，更有效的进行馈电。
如图1-2所示，本发明所述截线5呈矩形状，且数量为三个，所述三个矩形状截线5能有效的增加谐振模式，匹配负载和拓宽带宽。
其中，本发明中印刷在辐射贴片1上的三个矩形短的截线5能有效的增加谐振模式，匹配负载和拓宽带宽。
如图1-2所示，本发明所述第一接地板2与第二接地板3上均设置有长条状的矩形凹槽组件6，所述矩形凹槽组件6数量为两个，呈镜像对称设置；辐射贴片1的上部呈锯齿状结构，且对称分布。
其中，本发明中，长条状的矩形凹槽组件6呈镜像对称设置，有效的调节了阻抗匹配，展宽带宽。设计简单、合理。
如图1-7，本发明具有以下特征：采用更为简单且比微带线馈电更好的共面波导馈电网络，通过对接地板和传输贴片进行开槽操作，通过增加矩形短截线，使得该天线覆盖的频率范围为：2.837GHz至18.508GHz，具有146.84％的阻抗带宽，并且整个频率范围都有增益。
其中，图2、3、4分别为各部分结构的尺寸标注图。结合图2，图3，图4的尺寸标注，本是是例中天线的具体参数如下：介质基板的材料为Rogers4003，其相对介电常数为3.55，损耗角正切值为0.0027，厚度H为0.608mm，长度L为45mm，宽度W为20mm。辐射贴片以及接地板上对该结构进行了变量标注，标注如图2，图3，图4所示。变量的值如下所示：带弧度的接地板宽度W1为9.13mm，长度L1为24.1mm，对接地板所开槽的尺寸分别为：W3为0.5mm，W4为0.5mm，W5为0.5mm，L3为5.5mm，L4为4mm，L5为7.8mm，dx1为1mm，dy1为0.6mm，dx2为1mm，dy2为1mm，dx3为2mm。对地开槽完成了部分的阻抗匹配。传输线的尺寸以及开槽的尺寸如下：W2为1.5mm，W6为0.2mm，W7为0.5mm，w'为3.14mm，w为1.67mm；L2为40.28mm，L6为0.46mm，L7为1.5mm，L8为0.5mm，L9为0.4mm，L10为1.47mm，L11为2.5mm，L12为7.7mm，Lg'为19.5mm；D为0.5mm，，dy3为1.2mm，dx4为0.7mm；g为0.12mm，g'为0.2mm，该操作完成了另一部分的阻抗匹配。传输线上还增加了三个矩形短截线，他们的尺寸Wp为1.2mm，Lp为1.7mm，增加的矩形短截线增加了谐振模式，拓宽阻抗带宽。该天线在上述情况下所仿真出来的S参数图如图5所示。该天线在整个阻抗带宽内得增益图随频率变化得仿真结果图如图6所示。该天线在3GHz、10GHz以及17GHz下的天线方向图如图7所示。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明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发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种应用于无线通信系统的UWB天线，其特征在于：包括介质基板（4），所述介质基板（4）上包括辐射贴片（1）、第一接地板（2）与第二接地板（3），所述辐射贴片（1）、第一接地板（2）与第二接地板（3）均设置于介质基板（4）的上表面；所述辐射贴片上设置有截线（5），所述截线（5）开槽在第二接地板（3）上，且与第二接地板（3）接触；所述第一接地板（2）、第二接地板（3）、第一接地板（2）与第二接地板（3）与截线（5）共同构成馈电网络；
所述截线（5）呈矩形状，且数量为三个；
所述截线（5）为三个矩形短截线，他们的尺寸Wp为1.2mm，Lp为1.7mm，增加的矩形短截线增加了谐振模式，拓宽阻抗带宽；
所述第一接地板（2）与第二接地板（3）上均设置有长条状的矩形凹槽组件（6），所述矩形凹槽组件（6）数量为两个，呈镜像对称设置；
所述辐射贴片（1）的上部呈锯齿状结构，且对称分布。
2.根据权利要求1所述的一种应用于无线通信系统的UWB天线，其特征在于：所述介质基板（4）上的辐射贴片（1），除去增加的截线（5），在其开槽和拓宽结构关于X轴对称。
3.根据权利要求1所述的一种应用于无线通信系统的UWB天线，其特征在于：所述介质基板上（4）的第一接地板（2）与第二接地板（3），除去截线（5），在其开槽的位置关于X轴对称。
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