CN204696235U - 一种台阶形开槽超宽带微带天线 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种台阶形开槽超宽带微带天线，通过对台阶形辐射贴片形状的改进和贴片中间挖去对称的椭圆形槽孔，以具有阶梯状槽孔的矩形接地板为底面从而形成了覆盖超宽工作带宽的特性。该天线在2.88GHz-12.8GHz频段内回波损耗小于-10dB，满足FCC对超宽带天线的频带要求（3.1-10.6GHz）。本实用新型具有结构简单、体积相对较小、重量轻、剖面低、成本低、易于集成批量加工等特点，可广泛应用于WLAN、全球微波互联接入网和蓝牙系统等。

Description

一种台阶形开槽超宽带微带天线

技术领域

本实用新型属于移动通信系统和无线通信领域，具体涉及一种超宽带微带贴片天线。

背景技术

2002年2月，美邦通信委员会(FCC)通过决议，规定了3.1-10.6GHz作为超宽带(UWB)系统的工作频谱范围，允许将其应用于车载雷达系统，数字通信与测量系统以及成像系统等领域。UWB无线技术获得批准用于民用通信，引起了世界各国的广泛关注。FCC公布的UWB三个应用频段分别为：低于960MHz、3.1-10.6GHZ和22-29GHZ，其中3.1-10.6GHz这个频段多应用在通信技术方面。

UWB技术具有系统复杂度低，发射信号功率谱密度低，对信道衰落不敏感，低截获能力，定位精度高等优点，尤其适用于室内等密集多径场所的高速无线接入，非常适于建立一个高效的无线局域网(WLAN)或无线局域网(WPAN)。UWB最具特色的应用将是视频消费娱乐方面的无线个人局域网(PANs)。具有一定相容性和高速、低成本、低功耗的优点使得UWB较适合家庭无线通信的需求。

超宽带系统同时具有无线通信和定位的功能，可方便地应用于智能交通系统中，为车辆防撞、电子牌照、电子驾照、智能收费、车内智能网络、测速、监视、分布式信息站等提供高性能、低成本的解决方案。UWB也可应用在小范围、高分辨率、能够穿透墙壁、地面和身体的雷达和图像系统中，诸如军事、公安、消防、医疗、救援、测量、勘探和科研等领域，用做隐秘安全通信、救援应急通信、精确测距和定位、透地探测雷达、墙内和穿墙成像、监视和入侵检测、医用成像、贮藏罐内容探测等。UWB还可应用于传感器网络和智能环境，这种环境包括生活环境、生产环境、办公环境等，主要用于对各种对象(人和物)进行检测、识别、控制和通信。

正因为有这些应用场景与许多优点，所以全球各大著名公司正在积极进行 UWB无线设备的开发与推广。但是，UWB作为一种新兴无线通信技术，还有许多问题亟待研究。其中一个重要问题就是要求天线有超宽的工作带宽。传统的UWB天线，尽管其各项性能指标均具有很宽的频带特性，如行波天线、对数周期天线、碟形天线、泪滴天线等等。然而，上述各天线形式相比同类天线而言尺寸较大、加工成本高、剖面高或机械工精度要求高等缺陷满足不了UWB系统结构小的要求。因此，非常有必要设计具备结构简单、体积小、重量轻、易于和微波集成电路加工集成，且便于实现小型化的UWB终端天线。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种台阶形开槽超宽带微带天线，实现结构简单、降低尺寸、增加带宽并能够工作在蓝牙通信、WLAN和Wimax等频段，而且满足了微带天线结构简单、体积小、重量轻、剖面低、易于和微波集成电路加工集成的技术特点。

为了解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案如下：

一种台阶形开槽超宽带微带天线，包括心形和矩形组合辐射贴片2位于微带介质基板1上方，微带馈线6位于微带介质基板4的下方与辐射贴片的梯形部分相连，接地板8位于微带介质基板1反面，椭圆形槽4和椭圆形槽5开在心形和矩形组合辐射贴片2的矩形部分，椭圆形槽孔4和椭圆形槽孔5被微带介质基板1的中轴线垂直平分。窄矩形槽9刻在接地板8下方中间部位，处于微带馈线6正上方，刻在微带馈线6左右两侧，左右各一，数量均为三。

所述主辐射单元是由心形和矩形组合辐射贴片2构成，通过优化心形和矩形组合辐射贴片2的形状，产生的磁场与周围其他磁场的耦合使得天线的带宽逐渐的增大，天线在2.4GHz-13.9GHz的回波损耗S11在-10dB以下，带宽达到了11.5GHz。

所述微带介质基板1、心形和矩形组合辐射贴片2、馈线6及接地板8沿同一纵向中心轴对称分布。

本实用新型微带介质基板采用PCB板常用的FR4材料，降低了制作成本，而且本实用新型具有结构简单、易于实现等特点，低抛面的微带结构便于与其他电路集成，可广泛应用于WLAN、全球微波互联接入网和蓝牙系统等。

附图说明

图1为本设计天线结构的正面示意图。

图2为本设计天线结构的背面示意图。

图3为本设计天线的S11参数图。

图中：1微带介质基板、2心形和矩形组合辐射贴片、3椭圆形槽孔、4椭圆形槽孔、5阶梯状匹配线、6馈线、7馈源端、8接地板

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型进行进一步的说明。

图1和图2为本设计天线结构的正/反面示意图。该天线是由微带微带介质基板1、心形和矩形组合辐射贴片2、椭圆形槽孔3、椭圆形槽孔4、阶梯状匹配线5、馈线6、馈源端7和接地板8组成。

具体实施如下：心形和矩形组合辐射贴片2位于微带介质基板1上方，微带馈线6位于微带介质基板1的下方与辐射贴片的梯形部分相连，两者位于微带介质基板1的中央，呈轴对称结构，接地板8位于微带介质基板1反面，椭圆形槽4和椭圆形槽5开在形和矩形组合辐射贴片2的矩形部分，椭圆形槽孔4和椭圆形槽孔5被微带介质基板1的中轴线垂直平分。窄矩形槽9刻在接地板8下方中间部位，处于微带馈线6正上方，刻在微带馈线6左右两侧，左右各一，数量均为三。

在心形和矩形组合辐射贴片2与馈线6之间设置有阶梯状匹配线5，通过调整阶梯状匹配线5的形状可以优化天线的匹配性能。

图3是本实施例的反射系数曲线图，图3中可以看到天线的阻抗带宽为2.88GHz-12.8GHz频段，在此频段内回波损耗小于-10dB，达到FCC(美国联邦通信委员会)的频带要求。

微带介质基板采用了常用的PCB板材料-FR4，基板价格较低，有效地降低了制作成本；同时，基板的厚度为1.6mm，提高了天线的强度。

上述实例为本实用新型的实施方式，另外在本实施例的基础上，改变心形和矩形组合辐射贴片2、微带馈线6和接地面8的大小；改变椭圆形槽孔4和椭圆形槽孔5的尺寸和形状(包括矩形，星形、圆形、梯形、三角形等)；窄矩形槽的数量和大小，都应包含在实用新型的保护范围内。

Claims (4)

1.一种台阶形开槽超宽带微带天线，心形和矩形组合辐射贴片（2）位于微带介质基板 （1）上方，微带馈线（6） 位于微带介质基板 （4 ）的下方与辐射贴片的梯形部分相连，接地板 （8 ）位于微带介质基板（1 ）反面，椭圆形槽（4）和椭圆形槽（5）开在心形和矩形组合辐射贴片（2 ）的矩形部分，椭圆形槽孔（4）和椭圆形槽孔（5）被微带介质基板（1） 的中轴线垂直平分，窄矩形槽（9）刻在接地板 （8 ）下方中间部位，处于微带馈线 （6）正上方，刻在微带馈线 （6）左右两侧，左右各一，数量均为三。

2.如权利要求1所述台阶形开槽超宽带微带天线，其特征在于：所述微带介质基板（1）、心形和矩形组合辐射贴片（2）、微带馈线（6）及接地板（8）沿同一纵向中心轴对称分布。

3.如权利要求1所述的台阶形开槽超宽带微带天线，其特征在于：所述天线的开槽的空气孔的形状为椭圆形但不限于椭圆形，还可以为矩形、半圆形，星形、圆形、梯形、三角形。

4.如权利要求1所述的台阶形开槽超宽带微带天线，其特征在于：所述天线的窄矩形槽的数量为3个但不限于3个。