CN201877573U

CN201877573U - 一种阻带带宽可控的超宽带陷波天线

Info

Publication number: CN201877573U
Application number: CN2010205903524U
Authority: CN
Inventors: 褚庆昕; 黄天贵
Original assignee: South China University of Technology SCUT
Current assignee: South China University of Technology SCUT
Priority date: 2010-10-29
Filing date: 2010-10-29
Publication date: 2011-06-22
Anticipated expiration: 2020-10-29

Abstract

本实用新型公开了一种阻带带宽可控的超宽带陷波天线，由介质板，和在介质板上下表面的两层金属镀层组成，所述介质板的上表面设有馈线、辐射单元，所述馈线的上部与辐射单元相连，所述辐射单元嵌入上下两条缝隙，所述两条缝隙相隔四分之一波长；所述介质板的下表面的下部设有接地单元。本实用新型天线具有陡度更大、滤波效果好、匹配特性好以及阻带中心频率和阻带带宽可控等优点。

Description

一种阻带带宽可控的超宽带陷波天线

技术领域

本实用新型涉及平面超宽带天线技术，尤其涉及一种阻带带宽可控的超宽带陷波天线。

背景技术

天线作为无线通信系统的“耳目”，是超宽带无线通信系统中不可缺少的重要组成部分。作为超宽带技术关键的超宽带天线，是制约超宽带无线通信信道容量与质量的重要因素。个人室内局域网低耗高速的数字通信将是平面超宽带天线技术的主要应用，其对平面超宽带天线的设计要求包括：阻抗超宽带、方向图超宽带和增益超宽带，并且要求实现天线的小型化设计。然而，在超宽带系统指定的频段内覆盖了5.15GHz-5.825GHz(5.15GHz-5.35GHz，5.725GHz-5.825GHz)的无线局域网(WLAN)和3.3GHz-3.6GHz的微波存取全球互通(WiMAX)等窄带系统通信频段，为了抑制超宽带系统与窄带系统之间潜在的干扰，通常需要在超宽带系统内引入带阻滤波器滤除窄频带，但是这势必增大系统的复杂度和成本。

另外一种简单而有效的方法就是在超宽带天线中嵌入陷波结构。陷波结构包括在辐射单元上开不同形状的槽，或在馈线上引入地陷缝隙、耦合弯折的谐振器。例如专利号为200680013917.9，专利名称为《具有带阻特性的超宽带天线》的中国专利，该专利提出了一种具有单个陷波特性，应用于超宽带通信的天线。该天线由带有枝节的椭圆单极子组成，并由微带线馈电。椭圆单极子能在3GHz-10.6GHz频段内产生多谐振，这些谐振频率组合在一起，就实现了超宽带特性，同时在椭圆单极子上开了一U形缝隙，该缝隙在3.1GHz-10.6GHz频段内产生一谐振频率，相当于在超宽带天线上并联了一个一阶的带阻滤波器，从而产生陷波特性。又如专利号为200810019273.5，专利名称为《分裂环谐振器稠合馈线实现的多阻带超宽带天线》的中国专利，该专利提供了一种具有多阻带的超宽带天线，由微带馈电的圆形单极子天线构成平面超宽带天线，应用圆形单极子的多谐振特性产生超宽带，并由分布在微带馈线两边的谐振环实现线波功能。再如专利号为200810019785.1，专利名称为《基于非对称刺状线的改进阻带超宽带天线》的中国专利，该专利提供了一种改进阻带超宽带天线，天线的辐射单元为一微带馈电的C形单极子，由C形单极子产生超宽带特性。由微带馈线开的两条1/4波长的谐振细缝隙产生阻带特性。上述三专利中公开的天线所用的陷波结构，实际上相当于在天线上加入了一阶的带阻滤波器，其实现的滤波性能较差，陷波的陡度不够，带宽较窄，达不到实际应用的滤波效果。所以开发研制具有良好滤波特性的小型超宽带天线是适应超宽带通信发展之急需。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的缺点和不足，提供一种阻带带宽可控的超宽带陷波天线，该天线具有阻带陡度大、滤波效果好、通带匹配特性好以及阻带中心频率和阻带带宽可控等优点。

本实用新型的目的是通过下述技术方案实现的，一种阻带带宽可控的超宽带陷波天线，由介质板，和在介质板上下表面的两层金属镀层组成，所述介质板的上表面设有馈线、辐射单元，所述馈线的上部与辐射单元相连，所述辐射单元嵌入上下两条缝隙，所述两条缝隙相隔四分之一波长；所述介质板的下表面的下部设有接地单元。

为更好的实现本实用新型，所述辐射单元前端为半圆结构。

优选的，所述缝隙为不封闭的矩形。

优选的，所述矩形的开口向上。

优选的，所述缝隙还可以为两条平行线。

优选的，所述缝隙还可以为两条平行的曲线。

优选的，所述辐射单元的左右两边分别开有一个矩形缺口。

优选的，所述辐射单元的矩形缺口为正方形。

与现有技术相比，本实用新型具有如下优点效果：

第一、阻带陡度更大，滤波效果更好：现有的多陷波结构超宽带陷波天线，是使用n个陷波结构实现n个阻带，本质上还是一个陷波结构实现一个阻带，所以阻带不陡峭，滤波效果差。而本实用新型使用两个缝隙实现一个阻带，并且让两个缝隙相隔四分之一波长，组成了2阶的带阻滤波器，使阻带的陡度更大，滤波效果更好，并且结构更紧凑。实验证明，本实用新型提出的超宽带陷波天线可以在5.15GHz-5.35GHz的阻带内使回波损耗抑制在-5dB以上。

第二、阻带中心频率和阻带带宽可控：通过控制每条缝隙的长度，可以容易地控制天线的阻带中心频率；通过控制缝隙的横向长度，就可以容易地控制天线的阻带带宽。因此本实用新型天线具有选择性好，阻带带宽容易控制的优点。

第三、通带匹配特性好：本实用新型辐射贴片的前端采用了半圆的渐变结构，结构渐变性使得天线从一个频率谐振模式平缓地过渡到另一个频率谐振模式，确保了在较宽的频带内获得良好的阻抗匹配。同时，辐射单元片两边各挖去了一个矩形，这样可以改善超宽带天线的高频匹配特性。

附图说明

图1是本实施例一中一种阻带带宽可控的超宽带陷波天线的结构示意图；

图2是本实施例一中一种阻带带宽可控的超宽带陷波天线的回波损耗仿真曲线示意图；

图3是本实施例一中一种阻带带宽可控的超宽带陷波天线采用不同的缝隙间距对应的天线回波损耗曲线示意图；

图4是本实施例一中一种阻带带宽可控的超宽带陷波天线的测量增益曲线示意图；

图5是本实施例二中一种阻带带宽可控的超宽带陷波天线的结构示意图；

图6是本实施例三中一种阻带带宽可控的超宽带陷波天线的结构示意图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图，对本实用新型作进一步地详细说明，但本实用新型的实施方式不限于此。

实施例一

一种阻带带宽可控的超宽带陷波天线，其结构如图1所示，实线所示为正面结构，虚线所示为背面结构。由矩形介质板3，和在矩形介质板3上下表面的两层金属镀层组成，所述矩形介质板3的上表面设有馈线1、辐射单元4，所述馈线1的上部与辐射单元4相连，所述辐射单元4嵌入上下两条缝隙(缝隙5和缝隙6)，缝隙5和缝隙6就嵌入在天线的辐射单元4上，并且缝隙5和缝隙6相隔四分之一波长(见图1中的L)；所述介质板的下表面的下部设有接地单元。

所述辐射单元4的前端采用了半圆的渐变结构，结构渐变性使得天线从一个频率谐振模式平缓地过渡到另一个频率谐振模式，确保了在较宽的频带内获得良好的阻抗匹配。

所述辐射单元4的左右两边各挖去了一个矩形，所述矩形为正方形，这样可以改善超宽带天线的高频匹配特性。

所述缝隙5和缝隙6均为不封闭的矩形，所述矩形的开口向上。每条缝隙的长度约为对应谐振频率(5.25GHz)波长的1/2。由于缝隙5和缝隙6相隔谐振频率对应波长长度的四分之一，根据滤波器理论，相当于嵌入了一组二阶带阻滤波器，能产生陡峭的陷波特性，提高了天线的滤波性能。该带阻滤波器的阻带中心频率为每条缝隙长度对应的谐振频率。调节缝隙的横向长度，并保持缝隙的中心谐振频率不变(即保持每条缝隙的长度不变)，就能改变谐振器与天线之间的耦合，从而控制阻带的带宽。

本实施例中超宽带陷波天线，阻带覆盖5.15GHz-5.35GHz(WLAN的低频段)。首先利用HFSS仿真软件设计出图1所示的超宽带天线，所述天线的长为34mm，宽为30mm，厚为0.8mm。然后根据阻带设计要求，阻带中心频率取中间值，即为5.25GHz，利用微波公式，每条缝隙长度的初值

式中c代表光速，f代表谐振频率，ε_r代表介电常数，λ_p为相波长，为了获得更准确的初始值，利用HFSS软件优化校正为19.4mm。缝隙的横向长度(即缝隙5或缝隙6所形成的矩形的长度)初始值取9mm，缝隙的另外两个参数(具体是指缝隙所形成的矩形高度，以及矩形开口处的宽度)对带宽基本没影响，可以任意设定，但前提是保持每条缝隙的长度基本不变(这时候阻带的中心频率基本不变)。让两个缝隙的中心距离相隔四分之一波长，即

根据阻带带宽的要求调节缝隙的横向长度(本实施例中阻带带宽为200MHz)，如果阻带带宽过宽，则是耦合过强，应减小缝隙横向长度；如果阻带带宽过窄，则是耦合过强，应加长缝隙横向长度。。利用HFSS软件调整缝隙的横向长度即可优化出满足阻带带宽要求的超宽带陷波天线。

本实施例中一种阻带带宽可控的超宽带陷波天线的回波损耗仿真曲线如图2所示，可见在5.15GHz～5.35GHz频段产生了陡峭的陷波特性，回波损耗抑制在-5dB以上，且阻带很陡峭。

本实施例中一种阻带带宽可控的超宽带陷波天线采用不同的缝隙间距对应的天线回波损耗曲线如图3所示，图中的纵坐标|S₁₁|表示回波损耗。图3正方形标注的曲线对应的缝隙间距为0.13个波长长度，五角星标注的曲线对应的缝隙间距为0.17个波长长度，实线标注的曲线对应的缝隙间距为0.25个波长长度。从图3可以发现：缝隙的间距是本实用新型的关键，只有当两个缝隙刚好相隔大约四分之一个波长长度时，才能产生很好的滤波特性。

本实施例中一种阻带带宽可控的超宽带陷波天线的测量增益曲线如图4所示，图中的纵坐标|S₁₁|表示回波损耗，可以看出，在整个工作频段内，增益随着频率增加而缓慢增大，天线增益大约为2dBi～6dBi。在5.25GHz频率附近，超宽带天线的增益显著下降至-4dBi左右，有效地抑制了WLAN窄带系统的干扰。

实施例二

一种阻带带宽可控的超宽带陷波天线，如图5所示，实线所示为正面结构，虚线所示为背面结构。由矩形介质板3，和在矩形介质板3上下表面的两层金属镀层组成，所述矩形介质板3的上表面设有馈线1、辐射单元4，所述馈线1的上部与辐射单元4相连，所述辐射单元4嵌入上下两条缝隙(缝隙5和缝隙6)，缝隙5和缝隙6就嵌入在天线的辐射单元4上，并且缝隙5和缝隙6相隔四分之一波长(见图5中的L)；所述介质板的下表面的下部设有接地单元。

所述辐射单元4前端采用了半圆的渐变结构，结构渐变性使得天线从一个频率谐振模式平缓地过渡到另一个频率谐振模式，确保了在较宽的频带内获得良好的阻抗匹配。

所述缝隙5和缝隙6为平行的直线。每条缝隙的长度约为对应谐振频率波长的1/2。由于缝隙5和缝隙6相隔四分之一波长，根据滤波器理论，相当于嵌入了一组二阶带阻滤波器，能产生陡峭的陷波特性，提高了天线的滤波性能。该带阻滤波器的阻带中心频率为每条缝隙长度对应的谐振频率。(由于此例中缝隙为平行的直线，因此在缝隙总长不变时，不可通过改变缝隙的横向长度控制天线的阻带带宽，但可通过其它的技术手段控制天线的阻带带宽)。

实施例三

一种阻带带宽可控的超宽带陷波天线，其结构如图6所示，实线所示为正面结构，虚线所示为背面结构。由矩形介质板3，和在矩形介质板3上下表面的两层金属镀层组成，所述矩形介质板3的上表面设有馈线1、辐射单元4，所述馈线1的上部与辐射单元4相连，所述辐射单元4嵌入上下两条缝隙(缝隙5和缝隙6)，缝隙5和缝隙6就嵌入在天线的辐射单元4上，并且缝隙5和缝隙6相隔四分之一波长(见图6中的L)；所述介质板的下表面的下部设有接地单元。

所述缝隙5和缝隙6为平行的曲形。每条缝隙的长度约为对应谐振频率波长的1/2。由于缝隙5和缝隙6相隔四分之一波长，根据滤波器理论，相当于嵌入了一组二阶带阻滤波器，能产生陡峭的陷波特性，提高了天线的滤波性能。该带阻滤波器的阻带中心频率为每条缝隙长度对应的谐振频率。调节缝隙的横向长度，并保持缝隙的中心谐振频率不变(即通过改变缝隙5和缝隙6的弧度，使其在长度不变的情况下，水平宽度改变)，就能改变谐振器与天线之间的耦合，从而控制阻带的带宽。

上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受所述实施例的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种阻带带宽可控的超宽带陷波天线，由介质板，和在介质板上下表面的两层金属镀层组成，其特征在于，所述介质板的上表面设有馈线、辐射单元，所述馈线的上部与辐射单元相连，所述辐射单元嵌入上下两条缝隙，所述两条缝隙相隔四分之一波长；所述介质板的下表面的下部设有接地单元。

2.根据权利要求1所述一种阻带带宽可控的超宽带陷波天线，其特征在于，所述辐射单元前端为半圆结构。

3.根据权利要求1所述一种阻带带宽可控的超宽带陷波天线，所述缝隙为不封闭的矩形。

4.根据权利要求3所述一种阻带带宽可控的超宽带陷波天线，所述矩形的开口向上。

5.根据权利要求1所述一种阻带带宽可控的超宽带陷波天线，所述缝隙为两条平行线。

6.根据权利要求1所述一种阻带带宽可控的超宽带陷波天线，所述缝隙为两条平行的曲线。

7.根据权利要求1所述一种阻带带宽可控的超宽带陷波天线，所述辐射单元的左右两边分别开有一个矩形缺口。

8.根据权利要求7所述一种阻带带宽可控的超宽带陷波天线，所述辐射单元的矩形缺口为正方形。