CN204333248U

CN204333248U - 基于变容二极管的陷波可调的超宽带天线

Info

Publication number: CN204333248U
Application number: CN201520060935.9U
Authority: CN
Inventors: 唐明春; 王浩
Original assignee: Chongqing University
Current assignee: Chongqing University
Priority date: 2015-01-28
Filing date: 2015-01-28
Publication date: 2015-05-13
Anticipated expiration: 2025-01-28

Abstract

本实用新型公开了一种基于变容二极管的陷波可调的超宽带天线，属于天线设计技术领域。该天线包括介质基板、辐射贴片、微带馈线、寄生条带结构、接地板和同轴电缆；所述介质基板上表面的靠上端部分紧贴设置有辐射贴片，所述辐射贴片上开有“凸”字形沟槽，且“凸”字形沟槽内设置有寄生条带结构；所述介质基板上表面的靠下端部分紧贴设置有微带馈线，所述微带馈线的一端与辐射贴片连接，另一端与同轴电缆的内芯连接；所述介质基板下表面的靠下端部分紧贴设置有接地板，所述接地板靠上边缘中心处设置有矩形凹槽。本实用新型有效的实现了频率捷变特性，同时还具有结构紧凑、简单，易于制造等优势。

Description

基于变容二极管的陷波可调的超宽带天线

技术领域

本实用新型涉及一种天线结构，特别是一种基于变容二极管的陷波可调的超宽带天线。

背景技术

随着美国联邦通信委员会(FCC)批准将3.1—10.6GHz作为短距离无线通信频段，超宽带通信系统由于其优异的工作特性，得到了越来越多人的重视。然而，在UWB频段有许多窄带通信系统，比如：WLAN(5150-5350MHz；5725-5825MHz),WiMAX(3300-3690MHz)等系统频段。超宽带天线作为超宽带通信系统的关键部件之一，其特性直接影响着整个系统的性能。为了避免和现有的这些窄带通信系统相干扰，人们急需设计一种具有阻带特性的超宽带天线。

目前，实现具有阻带特性的超宽带天线的方法主要有以下几种：第一，在辐射贴片的中心沟槽处放置寄生条带；第二，在辐射贴片的背面使用微带线谐振器结构；第三，在辐射贴片上开π形沟槽，并在其中嵌入变容二极管，实现陷波的频率捷变特性。然而，这些方法产生的陷波有的无法移动(前两种)，有的占用过宽的频率范围(即大于窄带通信系统范围)。因此，设计一种既具有频率捷变特性，又具有产生窄带陷波能力的超宽带天线成为目前天线设计研究中的一个热点。

发明内容

本实用新型的目的就是提供一种基于变容二极管的陷波可调的超宽带天线，该天线通过使用变容二极管实现陷波中心频率的调节，提高了该天线应用的灵活性和安全性。

本实用新型的目的是通过这样的技术方案实现的，具体包括以下内容：

一种基于变容二极管的陷波可调的超宽带天线，包括介质基板、辐射贴片、微带馈线、寄生条带结构、接地板和同轴电缆；所述介质基板上表面的靠上端部分紧贴设置有辐射贴片，所述辐射贴片上开有“凸”字形沟槽，且“凸”字形沟槽内设置有寄生条带结构；所述介质基板上表面的靠下端部分紧贴设置有微带馈线，所述微带馈线的一端与辐射贴片连接，另一端与同轴电缆的内芯连接；所述介质基板下表面的靠下端部分紧贴设置有接地板，所述接地板靠上边缘中心处设置有矩形凹槽。

进一步的，所述寄生条带结构包括两条寄生条带和变容二极管，每条寄生条带分为上、下两部分，且每条寄生条带的上、下两部分之间依靠变容二极管连接，两条寄生条带及其变容二极管之间呈左右对称。

进一步的，所述“凸”字形沟槽内右侧的寄生条带下部分为横向枝节和纵向枝节组成的“L”形结构，上部分为“L”向上垂直翻转后的形状结构。

进一步的，所述同轴电缆包括内芯、介质层和外导体，所述内芯的裸露部分为半圆柱体，且裸露部分内芯与微带馈线连接；所述介质层、外导体的横截面与介质基板、接地板的下边缘面接触。

进一步的，所述辐射贴片的下边缘采用向下凸出的弧形结构；所述接地板的上边缘采用向上凸出的弧形结构。

进一步的，所述辐射贴片、接地板和介质基板的宽度均相同。

进一步的，所述介质基板长度L为34mm，宽度W为27mm。

进一步的，所述矩形凹槽的长度L8为1.4～1.6mm，宽度W5为2.3～2.5mm。

进一步的，所述微带馈线的长度L6为15.9～16.1mm，宽度W4为2.3～2.5mm。

由于采用上述技术方案，本实用新型具有如下的优点：1)通过添加横向枝节，并增长寄生条带的长度，使得陷波的中心频率可以达到3.32GHz，涵盖了WiMAX频段，可用于相应的通信系统中；2)通过使用变容二极管，可以实现陷波中心频率从3.32GHz—4.68GHz的调节，提高了该天线应用的灵活性和安全性；3)除了有效的实现了频率捷变特性，还具有结构紧凑、简单，易于制造等优势。

本实用新型的其它优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本实用新型的实践中得到教导。本实用新型的目标和其它优点可以通过下面的说明书，权利要求书，以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

为了使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型作进一步的详细描述，其中：

图1为本实用新型基于变容二极管的陷波可调的超宽带天线的整体结构三维视图；

图2为本实用新型基于变容二极管的陷波可调的超宽带天线的俯视图；

图3为本实用新型的VSWR参数随频率变化的曲线图；

图4为本实用新型在3GHz频点的辐射方向图；

图5为本实用新型在6GHz频点的辐射方向图；

图6为本实用新型在9GHz频点的辐射方向图；

图中：1-介质基板，2-辐射贴片，3-微带馈线，4-寄生条带，5-变容二极管，6-接地板，7-同轴电缆，8-矩形凹槽。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型作进一步的详细描述。

下面将结合附图，对本实用新型的优选实施例进行详细的描述。

图1为本实用新型的基于变容二极管的陷波可调的超宽带天线的整体结构三维视图，如图所示：一种基于变容二极管的陷波可调的超宽带天线，包括介质基板1、辐射贴片2、微带馈线3、寄生条带结构、接地板6和同轴电缆7；所述介质基板1上表面的靠上端部分紧贴设置有辐射贴片2，所述辐射贴片2上开有“凸”字形沟槽，且“凸”字形沟槽内设置有寄生条带结构；所述介质基板1上表面的靠下端部分紧贴设置有微带馈线3，所述微带馈线3的一端与辐射贴片2连接，另一端与同轴电缆7连接；所述介质基板1下表面的靠下端部分紧贴设置有接地板6，所述接地板6靠上边缘中心处设置有矩形凹槽。该矩形凹槽与微带馈线具有良好的耦合作用，使得天线在整个UWB频段具有良好的驻波特性。

所述寄生条带结构包括两条寄生条带4和变容二极管5，每条寄生条带4分为上、下两部分，且每条寄生条带4的上、下两部分之间依靠变容二极管5连接，两条寄生条带4及其变容二极管5呈左右对称。该对称结构可以增大频率捷变的范围。变容二极管采用Aeroflex公司的MGV-125-20型号，其损耗电阻(1.75Ω)很小，两端可加载的直流偏置电压范围2-20V，相应容值范围1～0.1pF。

所述“凸”字形沟槽内右侧的寄生条带下部分为横向枝节和纵向枝节组成的“L”形结构，上部分为“L”向上垂直翻转后的形状结构。“凸”字形沟槽的左下侧和右下侧设置有对称的矩形沟槽结构，用以增强阻带的抑制效果。

所述同轴电缆7包括内芯、介质层和外导体，所述内芯裸露部分为半圆柱体并与微带馈线3连接；所述介质层、外导体的横截面与介质基板1、接地板6的下边缘面接触。

所述辐射贴片2的下边缘采用向下凸出的弧形结构，所述接地板6的上边缘采用向上凸出的弧形结构，弧形结构的采用是为了提高阻抗匹配的效果。

介质基板上表面紧贴微带馈线，微带馈线为条形；微带馈线两端分别连接辐射贴片底部与同轴电缆裸露的内芯。介质基板为为薄长方体型基板，其长度L为34mm，宽度W为27mm，厚度H为0.787mm，材料选用了The Rogers Duroid 5880，相对介电常数为2.2，相对磁导率为1.0，损耗角正切为0.009。

接地板、微带馈线、辐射贴片、寄生条带均为厚度相同的覆铜薄膜。

所述矩形凹槽的长度L8为1.4～1.6mm，宽度W5为2.3～2.5mm。

所述微带馈线的长度L6为15.9～16.1mm，宽度W4为2.3～2.5mm。

完成上述的初始设计之后，使用高频电磁仿真软件HFSS13.0进行仿真分析，经过仿真优化之后得到各项参数尺寸如下表所示：

参照附图2，L代表介质基板的长度；W代表介质基板的宽度；L1代表辐射贴片的长度(不含向下凸出部分)；L2代表“凸”字形沟槽的总长度；L5代表“凸”字形沟槽底部所用半椭圆形短轴长度的一半；L6代表接地板的长度(含向上凸出部分)；L7代表接地板的长度(不含向上凸出部分)；L8代表矩形凹槽的长度；L9代表“凸”字形沟槽两侧凸出矩形的长度；W3代表“凸”字形沟槽上端凸出矩形的宽度；W4代表微带馈线的宽度；W5代表矩形凹槽的宽度；W6代表“凸”字形沟槽两侧突出矩形的宽度；H代表介质基板厚度；h代表接地板、微带馈线、辐射贴片、寄生条带的厚度。

表1本实用新型各参数最佳尺寸表

参数	尺寸(mm)
		L	34
L1	18.0
		L2	16.9
L5	1.85
		L6	16.0
L7	9.5
		L8	1.5
L9	6.0
		W	27
W3	7.5
		W4	2.4
W5	2.4
		W6	5.0
H	0.787
		h	0.017

依照上述参数，使用HFSS对所设计的基于变容二极管的陷波可调的超宽带天线的电压驻波比VSWR，方向辐射增益等特性参数进行仿真分析，其分析结果如下：

图3为本实用新型的VSWR参数随频率变化的曲线图，如图所示，在VSWR<2的条件下，该天线满足UWB频段对于3.1GHz-10.6GHz的要求。当变容二极管的电容值从0.1pF增加到1pF时，陷波的中心频率从4.68GHz减小到3.32GHz。值得注意的是，2个变容二极管的电容值同步变化，从而得到较好的频率捷变特性。

图4～图6为本实用新型在3GHz、6GHz、9GHz三个频率点的辐射方向图,从图中可以看出，在低频处，天线方向图分布对称，在H面上具有良好的全向性。随着频率的增加，天线的全向辐射性以及对称性出现一定程度的恶化，原因在于频率的改变使得辐射贴片，接地板矩形槽的电流发生了一定的改变。

最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本实用新型进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本实用新型权利要求书所限定的范围。

Claims

1.一种基于变容二极管的陷波可调的超宽带天线，其特征在于：包括介质基板、辐射贴片、微带馈线、寄生条带结构、接地板和同轴电缆；所述介质基板上表面的靠上端部分紧贴设置有辐射贴片，所述辐射贴片上开有“凸”字形沟槽，且“凸”字形沟槽内设置有寄生条带结构；所述介质基板上表面的靠下端部分紧贴设置有微带馈线，所述微带馈线的一端与辐射贴片连接，另一端与同轴电缆的内芯连接；所述介质基板下表面的靠下端部分紧贴设置有接地板，所述接地板靠上边缘中心处设置有矩形凹槽。

2.根据权利要求1所述的基于变容二极管的陷波可调的超宽带天线，其特征在于：所述寄生条带结构包括两条寄生条带和变容二极管，每条寄生条带分为上、下两部分，且每条寄生条带的上、下两部分之间依靠变容二极管连接，两条寄生条带及其变容二极管之间呈左右对称。

3.根据权利要求2所述的基于变容二极管的陷波可调的超宽带天线，其特征在于：所述“凸”字形沟槽内右侧的寄生条带下部分为横向枝节和纵向枝节组成的“L”形结构，上部分为“L”向上垂直翻转后的形状结构。

4.根据权利要求3所述的基于变容二极管的陷波可调的超宽带天线，其特征在于：所述同轴电缆包括内芯、介质层和外导体，所述内芯的裸露部分为半圆柱体，且裸露部分内芯与微带馈线连接；所述介质层、外导体的横截面与介质基板、接地板的下边缘面接触。

5.根据权利要求3所述的一种基于变容二极管的陷波可调的超宽带天线，其特征在于：所述辐射贴片的下边缘采用向下凸出的弧形结构；所述接地板的上边缘采用向上凸出的弧形结构。

6.根据权利要求3所述的基于变容二极管的陷波可调的超宽带天线，其特征在于：所述辐射贴片、接地板和介质基板的宽度均相同。

7.根据权利要求1-6任一项所述的一种基于变容二极管的陷波可调的超宽带天线，其特征在于：所述介质基板长度L为34mm，宽度W为27mm。

8.根据权利要求1-6任一项所述的基于变容二极管的陷波可调的超宽带天线，其特征在于：所述矩形凹槽的长度L8为1.4～1.6mm，宽度W5为2.3～2.5mm。

9.根据权利要求1-6任一项所述的基于变容二极管的陷波可调的超宽带天线，其特征在于：所述微带馈线的长度L6为15.9～16.1mm，宽度W4为2.3～2.5mm。