CN1945898A - 一种超宽带天线 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种具有滤除干扰频率信号功能的超宽带天线。目前的超宽带天线一般通过添加滤波器滤除此段频率范围内工作的其他窄带系统的信号。本发明包括介质衬底，介质衬底的一面沿一边向内延伸部分附着金属层作为地面，另一面对应附着作为单极子天线单元的金属片和作为馈线的微带线。单极子天线单元与微带馈线相连，在微带线两端对称设置有人工电磁介质材料。本发明在一定的工作频率范围内可以实现禁带，从而可以达到滤除干扰信号的目的。另外，由于此种新型人工电磁介质材料只是将其加载于天线馈线两端，不会额外增加原有天线的体积。
Description
技术领域
本发明属于通信技术领域，特别涉及一种具有滤除干扰频率信号的功能的超宽带天线。
背景技术
随着商业和军事领域对于超宽带系统的需求的进一步增长，使其对超宽带天线领域的兴趣也日益增长。按照美国通信委员会(FederalCommunications Commission，FCC)对超宽带天线工作频率范围的规定，即在3.1GHz-10.6GHz之间。在如此宽的频带内工作就会产生一个问题：即天线有可能接收到同一环境中在此段频率范围内工作的其他一个或几个窄带系统的信号，比如无线局域网(Wireless Local Area Network，WLAN)其工作频率在5GHz-6GHz之间，也包含在超宽带天线的工作频率范围内，从而对超宽带系统的工作性能造成干扰。因此设计一种具有能够工作在超宽带频段(3.1GHz-10.6GHz)内，同时又能滤除干扰频段信号的超宽带天线，无疑是对传统超宽带天线系统的一个进步。目前一种技术是通过在天线后端额外添加滤波器从而达到滤除干扰频段信号的功能，但是这是以增加了天线的体积和重量为代价，并不经济实用。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提供了一种超宽带天线，可以除了如通常的超宽带天线那样工作在超宽带范围内(3.1GHz-10.6GHz)，同时通过调节天线相关参数，使得天线又可以按照需求滤除不必要的一个甚至几个窄带频段信号的影响。
本发明的另一个目的在于提供一种天线，使得天线在滤除了一个甚至几个窄带频段信号的情况下天线的体积也不会因此增加，保持了天线的紧凑性。
为达到上述目的，本发明的超宽带天线包括介质衬底，介质衬底的一面沿一边向内延伸部分附着金属层作为地面，另一面对应附着作为单极子天线单元的金属片和作为馈线的微带线。单极子天线单元与微带馈线相连，在微带线两端对称设置有人工电磁介质材料。
所述的人工电磁介质材料为附着在介质衬底上的金属片，金属片中央位置的介质衬底设置有通孔，通孔侧壁附有导电材料，金属片、金属层和通孔构成一个电感电容谐振腔。
所述的人工电磁介质材料还可以是包括金属片，金属片的中央位置固定有金属柱，金属柱贯穿介质衬底，并与介质衬底另一面的金属层导通。金属片、金属层和金属柱构成一个电感电容谐振腔。
人工电磁介质材料在微带馈线两端加载的位置是通过计算电磁软件(如HFSS，CST等)的模拟计算，使天线的电压驻波比(VSWR)在工作频率附近最小(一般小于3即可)，即此时其位置放置在使整个加载后的天线达到阻抗匹配。该技术为一成熟技术。
人工电磁介质在业内又被称为左手材料(Left-handed Material)，负材料(Negative Refraction Material/Matematerial)。在高频电磁场的激励下，该结构可以等效的作为一个电感电容谐振腔。其特性在于在特定频率范围内可以实现负折射率以及具有左手性高通特性(left-handedhigh-pass stopband)和右手性低通特性(right-handed high-passstopband)。通过改变金属片的大小以及金属柱或金属通孔的直径可以方便调节其谐振频率。
按照本发明，由于此种新型人工电磁介质材料具有左手性高通特性和右手性低通特性，因此在一定的工作频率范围内可以实现禁带(阻止一定频率范围的信号的传输)，从而可以达到滤除干扰信号的目的。另外，由于此种新型人工电磁介质材料只是将其加载于天线馈线两端，不会额外增加原有天线的体积。
下面结合附图对本发明的结构、功能、特征和工作机理进行详细。
附图说明
图1-1是现有的超宽带天线单元的结构示意图；
图1-2是图1-1的另一结构示意图；
图2-1是本发明的一个实施例的超宽带天线单元的结构示意图；
图2-2是图2-1的另一个结构示意图；
图3是现有的超宽带天线单元的电压驻波比(VSWR)；
图4是本发明的实施例的超宽带天线单元的电压驻波比(VSWR)。
具体实施方式
参见图1，表示现有的超宽带天线单元的结构示意图。天线是一单极子天线，包括一个圆形金属片12(半径约为10毫米)附着在介质底板11的顶面上。介质底板11的材料是介电系数较高的材料，比如相对介电系数为10.2的材料。介质底板的底面被金属14部分覆盖作为接地。在圆形金属片12的边缘与一段微带线13作为馈线连接。通过此馈线外接信号源作为输入端。H代表微带线13前端与地面14之间的距离，调节此距离以使天线达到阻抗匹配。此单极子天线的工作频率覆盖超宽带天线的工作频率范围(按照FCC标准，3.1GHz-10.6GHz)。
参见图2，是本发明的超宽带天线。包括一个圆形金属片22(半径约为10毫米)附着在介质底板21的顶面上作为单极子天线。介质底板21的材料是介电系数较高的材料，比如相对介电系数为10.2的材料。介质底板的底面被金属24部分覆盖作为接地。在圆形金属片22的边缘与一段作为馈线的微带线23连接。通过此馈线外接信号源作为输入端。H代表微带线23前端与地面24之间的距离，调节此距离以使天线达到阻抗匹配。本实施例中的新型人工电磁介质材料的结构包括一个金属片26附着于介质底板21上，金属片26和地面24之间通过一个金属柱25连接。此新型人工电磁介质材料的结构应对称的放置在上述单极子天线的微带线23的两边，并满足这样的关系：使天线在工作时达到阻抗匹配，即使电压驻波比(VSWR)在工作频率附近最小。
如前所述，通过控制金属片26的大小以及金属柱25的直径可以方便调节其谐振频率，继而调节其产生的禁带宽度。在本实施例中，为方便叙述，假如此超宽带天线为了避免同一环境中某一工作在5.3GHz-5.6GHz的信号的干扰，则此时为了滤除掉此段频率，在本实施例中金属片26采用正方形，其边长为4.2毫米。当信号通过馈线进入天线系统时先通过此结构，滤除掉5.3GHz-5.6GHz这段窄频，再进入天线的辐射体。从而避免了此段频率对整个超宽带天线的干扰。
图3是现有的超宽带天线单元的电压驻波比(VSWR)，从中可以看到天线在整个工作频段上(3.1GHz-10.6GHz)的电压驻波比(VSWR)都小于3。当加载了此新型人工电磁介质材料之后，如图4所示，在5.3GHz-5.6GHz的窄带内天线的电压驻波比(VSWR)基本超过10，表明此窄带信号已经被滤除。
综上所述，根据本发明，可以在保持系统性能不变，并且不增加系统体积的情况下，抑制超宽带系统中邻近一个甚至几个窄带工作频段的干扰。
Claims (3)
1、一种超宽带天线，包括介质衬底，介质衬底的一面沿一边向内延伸部分附着金属层作为地面，另一面对应附着作为单极子天线单元的金属片和作为馈线的微带线，单极子天线单元与微带馈线相连，其特征在于在微带线两端对称设置有人工电磁介质材料。
2、如权利要求1所述的一种超宽带天线，其特征在于所述的人工电磁介质材料为附着在介质衬底上的金属片，金属片中央位置的介质衬底设置有通孔，通孔侧壁附有导电材料，金属片、金属层和通孔构成一个电感电容谐振腔。
3、如权利要求1所述的一种超宽带天线，其特征在于所述的人工电磁介质材料包括金属片，金属片的中央位置固定有金属柱，金属柱贯穿介质衬底，并与介质衬底另一面的金属层导通，金属片、金属层和金属柱构成一个电感电容谐振腔。
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