CN202585720U - 一种小型化超宽带天线 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开一种用于小型化的无线通信的超宽带天线。本实用新型的结构为：在绝缘介质板的正面设置有用导电介质构成的半圆形的辐射单元和与辐射单元电连接的微带馈电单元，在绝缘介质板的背面设置有用导电介质构成的矩形的接地单元，矩形接地单元的上边缘与位于介质板正面的辐射单元的下边缘在背面的投影位置相切，设有弧形缺口，接地单元和微带馈电单元通过微波接头分别与同轴电缆连接。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种用于无线通信的超宽带天线，尤其是一种小型化的单极子超宽带天线。
背景技术
超宽带(ultra-wide band UWB)无线电技术是无线领域的新兴技术，它具有高速率、低成本、低功耗等特点，是下一代短距离高速率无线通信的最佳候选技术之一。同时它与其它现存的传统无线技术共享频带，这为解决目前日趋紧张的频谱资源提供了一个很好的解决方案。超宽带无线电技术在无线通信、雷达、跟踪、精确定位、武器控制等众多领域都具有广阔的应用前景。2002年美国联邦通信委员会批准超宽带无线电技术进入民用领域，由于UWB无线通信所具有的独特的性能和近年来微电子技术及器件水平的不断提高，UWB在低费用的中短距离无线通信应用中越来越具有吸引力，尤其适用于室内等密集多径场所的高速无线接入，其所占用的频带为3.1GHz～10.6GHz。超宽带天线是UWB系统的关键器件之一，也是最具挑战性的部分。
超宽带天线的设计比传统窄带天线的设计面临更多的挑战。超宽带终端设备多为便携式移动设备，所以要求天线具有平面结构，并且体积要小，同时还要有较好的输入匹配和辐射特性。常规的描述窄带天线性能的参数，诸如阻抗匹配、增益、极化等已经不足以对超宽带天线做出充分的描述，超宽带天线在满足其阻抗带宽涵盖FCC规定的频带范围的同时，还要对脉冲波形有很好的保真度、有较高的辐射效率等新的技术要求。
现有的超宽带天线能够实现所需频段内的技术要求，但是体积都偏大，参见：H.Schantz.，A brief history of UWB antennas[J].Aerospace and electronicSystems Magazine，2004，19(4)：22-26。现有技术的这一不足使得超宽带技术在小体积设备，例如要用在像U盘大小的设备时，受到一定的限制。
发明内容
本实用新型提供一种可克服现有技术不足，结构简单、平面化，适用于超宽带无线通信的超宽带天线。
本实用新型的结构为：在绝缘介质板的正面设置有用导电介质构成的半圆形的辐射单元和与辐射单元电连接的微带馈电单元，在绝缘介质板的背面设置有用导电介质构成的矩形的接地单元，矩形接地单元的上边缘与位于介质板正面的辐射单元的下边缘在背面的投影位置相切，设有一个宽度为微带馈电单元宽度+(0.5mm到2mm)，高度为0.6mm到2.6mm的矩形缺口或半径等于馈电单元宽度+(0.5mm到2mm)的弧形缺口，接地单元和微带馈电单元通过微波接头分别与同轴电缆的中心导线和屏弊层电连接，即：或者接地单元通过微波接头与同轴电缆的中心导线连接，而馈电单元通过微波接头与同轴电缆的屏弊层连接，或者微带馈电单元通过微波接头与同轴电缆的中心导线连接，而接地单元通过微波接头与同轴电缆的屏弊层连接。
本实用新型的小型化超宽带天线可以直接在印刷电路板上通过腐蚀形成辐射单元、微带馈电单元和接地单元。
本实用新型的优点在于：
1.宽带特性。在地板结构上加入一个方形或者圆弧形缺陷单元，实现了阻抗渐变结构，在展宽天线频带宽度的同时，减小了其体积。频率范围覆盖3.1GHz～10.6GHz的超宽带工作频段，满足了超宽带无线通信系统的要求。
2.天线体积很小。和相同性能的单极子天线相比，体积减小近一半，能够集成在U盘大小的移动设备上。
3.结构简单，可以印刷制作，性能一致性好，适合批量生产。整个天线为平面结构，适合与系统的其它部件集成，简单实用。
4.传输函数幅度平坦，相位呈线性分布，有利于超宽带信号的传输。
附图说明
图1是本实用新型的一个实施例的正面结构示意图；
图2是本实用新型的一个实施例的背面结构示意图，图中的虚线部分为介质板正面的辐射单元1边缘的投影位置；
图3是本实用新型侧面结构示意图，即图1的左视图(图2的右视图)；
图4是本实用新型的仿真和实测的电压驻波比；
图5是本实用新型的实测传输函数幅度；
图6是本实用新型的实测传输函数相位。
在图1至图3中：1为辐射单元，2为微带馈电单元，3为介质板，4为接地单元，5为微波接头。其中的辐射单元1与微带馈电单元2相连位于介质板3正面同一表面上，接地单元4则位于介质板3的背面。
具体实施方式
附图为本实用新型的一个实施例的示意图，以下结合附图说明：
附图给出的本实用新型的实施例是用一块双面敷铜中间夹有绝缘板的材料，即通常所述的印刷电路板制成，辐射单元1及微带馈电单元2位于印刷电路板的一面，而接地单元4则位于印刷电路板的另一面。本实用新型所述辐射单元1是一个由铜箔构成的半圆盘，其直边的方向与微带馈电单元2的轴线相平行，直边的延长线和微带馈电单元2的一条宽边重合，参见附图1。接地单元4为修正的矩形结构，即将矩形的一个角剪去一小块矩形切角或圆弧形切角所得到，矩形切角或圆弧形切角位于微带线一侧，靠近辐射单元的方向。辐射单元1的导体半圆弧的内凹方向与接地单元4的缺口的内凹方向一致，参见附图2。
附图所示的实施例的馈电方式为：微带馈电单元2通过微波接头5与同轴电缆的中心导线相接；接地单元4通过微波接头5与同轴电缆的屏敝导线相接。馈电方式也可以是将微带馈电单元2通过微波接头5与同轴电缆的的屏敝导线相接；接地单元4通过微波接头5与同轴电缆的中心导线相接。
本实用新型的一个具体实施例中，采用的介质板为印刷电路板，其介质板的介电常数为2.78的玻璃纤维，介质板所对应矩形的长度和宽度分别为32mm和10mm，通过印刷制版和腐蚀的方式分别在其正面形成辐射单元1与微带馈电单元2，在其背面形成接地单元4，其中：辐射单元1的半圆半径为8.2mm，微带馈电单元2的宽度为1.1mm，接地单元4中的缺口结构的长和宽分别为1.8mm和1.5mm，辐射单元的半圆圆心与接地单元的半圆圆心距离为22.4mm。
图4是仿真和实测的前述具体实施例的天线电压驻波比曲线，实测中采用Agilent E8353B矢量网络分析仪。由图4可以看出，实测的工作频率范围(VSWR＜2:1)为3.05GHz～12GHz，仿真和实测数据表面本实用新型的天线确实实现了超宽带特性，天线在3.1GHz～10.6GHz的超宽带工作频段内获得良好的阻抗匹配效果。
图5是实测的前述具体实施例的传输函数幅度随频率变化的曲线，由图5可以看出，在3.1GHzz～10.6GHz范围内，传输函数幅度值的变化比较平坦，说明在工作频段内增益的变化较小。非常有利于超宽带信号的传输。图6是实测的传输函数相位随频率变化的曲线，可以看出传输函数的相位特性近似地呈线性分布，天线对脉冲信号的干扰较小。
综上所述，本实用新型的天线在超宽带范围内具有良好的电压驻波比、平坦的增益和线性传输函数相位，非常适合超宽带信号的传输。该天线采用印刷结构，体积小，平面化，有利于加工制作以及系统集成，适合用于超宽带无线通信领域。
Claims (2)
1.一种小型化超宽带天线，其特征在于在绝缘介质板(3)的正面设置有用导电介质构成的半圆形的辐射单元(1)和与辐射单元(1)电连接的微带馈电单元(2)，在绝缘介质板(3)的背面设置有用导电介质构成的矩形的接地单元(4)，矩形接地单元(4)的上边缘与位于介质板(3)正面的辐射单元(1)的下边缘在背面的投影位置相切，且接地单元(4)靠近介质板(3)下面的馈电单元(2)的一侧设有一个宽度为0.5mm到2mm的微带馈电单元宽度、高度为0.6mm到2.6mm的矩形缺口或半径等于0.5mm到2mm的微带馈电单元宽度的弧形缺口，接地单元(4)和微带馈电单元(2)通过微波接头(5)分别与同轴电缆的中心导线和屏弊层电连接。
2.根据权利要求1所述的小型化超宽带天线，其特征在于天线是在印刷电路板上通过腐蚀形成辐射单元、微带馈电单元和接地单元。
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|---|---|---|---|---|
| CN106848563A (zh) * | 2017-03-21 | 2017-06-13 | 奥维通信股份有限公司 | 一种pcb双频通信天线 |
| CN107978848A (zh) * | 2018-01-08 | 2018-05-01 | 苏州金瑞阳信息科技有限责任公司 | 一种用于无线屏蔽器的5g超宽带天线 |
| CN110275075A (zh) * | 2019-06-25 | 2019-09-24 | 中国工程物理研究院应用电子学研究所 | 一种移动式强电磁脉冲场多点协同监测与态势展示系统 |
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2012
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