CN101640315A - 基于双u型缺陷地结构的双阻带超宽带天线 - Google Patents

Abstract

基于非对称双U型缺陷地结构的双阻带超宽带天线，用于无线通信技术领域。该天线包括介质板(1)和位于介质板(1)两面的金属印刷天线；其中在介质板(1)的正面设有微带馈电端口(2)、微带馈线(3)、微带辐射单元(4)，微带馈线(3)位于介质板(1)的中轴线上，在微带馈线(3)的上部连接有微带辐射单元(4)，在微带馈线(3)的下部为微带馈电端口(2)；在介质板(1)背面的下部设有接地单元(5)，接地单元(5)上刻蚀有非对称双U型缺陷地结构(6)。本发明能够有效覆盖FCC的要求频段，即3.1～10.6GHz，同时在频带内能够产生两个阻带。本发明具有成本低、结构简单、体积小的特点。

Description

基于双U型缺陷地结构的双阻带超宽带天线

技术领域

本发明涉及的是一种应用于无线通信技术领域的超宽带天线，该类天线可有效地解决宽带通信***受其它现有窄带通信***信号干扰的问题。

背景技术

近年来，超宽带(UWB)以高性能、低功耗和低成本无线数据通信等优点成为短距离无线通信极具竞争力和发展前景的技术之一。2002年2月14日美国联邦通信委员会(FCC)批准将3.1～10.6GHz频段划分作为超宽带***的适用频谱。如何在这一频段内实现天线的超宽带特性和小型化，已成为国际研究的热点之一。早期的超宽带天线如脊波导喇叭天线、对数周期天线等的尺寸往往很大，不能满足超宽带***小型化的要求。最近几年发展起来的印刷天线技术可以大大地缩小超宽带天线的尺寸，并且具有成本低，易于设计加工等优点，得到了人们的普遍关注。

最近几年，为了阻止其他窄带通信***对UWB通信***的干扰，设计一种具有阻带功能的超宽带(UWB)天线是非常必要的。较常用的方法是在天线下一级添加滤波器或者设计工作在不同频带的天线相互形成阻带，但这增加了天线体积，不利于***集成；或者在天线的辐射单元上加载U型，V型或L型缝隙来获得带阻功能，但这通常只提供一个阻带。

发明内容

技术问题：本发明提出了一种新型的非对称双U型缺陷地结构，并将其用于双阻带超宽带天线的设计。通过在天线接地板上加载该双U型缺陷地结构，可以使天线产生两个阻带。该天线具有成本低，体积小，易于加工和性能好等优点，可以应用于超宽带***收发机之中。

技术方案：本发明提出的基于非对称双U型缺陷地结构的双阻带超宽带天线包括介质板和位于介质板上下表面的金属印刷天线，在介质板的正面设有微带馈电端口、微带馈线、微带辐射单元，微带馈线位于介质板的中轴线上，在微带馈线的上部连接有微带辐射单元，在微带馈线的下部为微带馈电端口；在介质板背面的下部设有接地单元，接地单元上刻蚀有非对称双U型缺陷地结构。

非对称双U型缺陷地结构由在接地单元上蚀刻出双U型槽而构成，两个U型槽相邻的臂有交叠，且两个U型槽的长度不同，具有相反的倾斜角度。产生天线的两个阻带。接地单元为半圆形的变形，半圆形的顶部向上，在中间有一缺口。微带辐射单元为半圆环的变形，开口向上。

有益效果：采用简单成熟的PCB加工工艺，在保持原天线的体积不变的情况下，通过添加非对称双U型缺陷地结构产生双阻带，整个天线的体积较小(37×32×0.5mm³)，易于与其他电路进行集成。

附图说明

图1是天线整体效果图。其中实线所示为正面结构，虚线所示为背面结构。

图2是天线VSWR测试结果。

图3(a)是E面天线方向图测试结果，图3(b)是H面天线方向图测试结果。

图4是天线增益测试结果。

图中有，介质板1，微带馈电端口2，微带馈线3，微带辐射单元4，接地单元5，非对称双U型缺陷地结构6，缺口7。

具体实施方式

该超宽带天线包括印刷电路板(PCB板)和固定在其上下表面的金属层。位于PCB板上表面的金属层包括辐射单元和微带馈线两部分。辐射单元由两个四分之一圆环附着在微带馈线上构成，这种近似于半圆环形的结构可以有效地增加天线的工作带宽。

位于PCB板下方的金属层为地平面，与微带馈线一起构成微波电路，引导电磁波往辐射单元传播。地平面的基本形状为两个四分之一圆外加若干矩形单元，这种结构的地平面和近似半圆环的辐射单元组合可以大大增加天线的工作带宽，实现超宽带工作的目标。为了最大限度地利用天线有限的尺寸，扩展其带宽，在地平面的顶部增加缺口，这种措施可以令天线的工作带宽进一步扩大。金属地平面上刻蚀非对称双U型缺陷地结构，通过改变该缺陷地结构的长度和倾斜角度以及偏离微带馈线中心线轴线的距离，可以获得双阻带特性。

下面结合附图对本发明的结构、功能、特征进一步说明。

该天线包括介质板1和位于介质板1两面的金属印刷天线，其特征是：在介质板1的正面设有微带馈电端口2、微带馈线3、微带辐射单元4，微带馈线3位于介质板1的中轴线上，在微带馈线3的上部连接有微带辐射单元4，在微带馈线3的下部为微带馈电端口2；在介质板1背面的下部设有接地单元5，接地单元5上刻蚀有非对称双U型缺陷地结构6。非对称双U型缺陷地结构6由在接地单元5上蚀刻出双U型槽而构成，两个U型槽相邻的臂有交叠，且两个U型槽的长度不同，具有相反的倾斜角度。

图1，是现有的超宽带天线的结构示意图，实线所示为正面结构，虚线所示为背面结构。介质板1采用Taconic RF-35板材，介电常数为3.5，板材的厚度为0.5mm。微带馈电端口2为能量的输入口，与50Ω特征阻抗的SMA接头相接。微带馈线3的宽度需要合理设计，使得馈线端的特征阻抗与SMA接头相匹配。辐射单元4和地平面5的组合使得天线具有超宽带工作的特点，地平面5上的非对称双U型缺陷地结构6可以使天线产生双阻带特性。可以通过改变非对称双U型缺陷地结构6的长度和倾斜角度来调整阻带的中心频率，获得较窄的阻带宽度；调整非对称双U型缺陷地结构6偏移微带馈线3中心线的距离来优化天线在高频段的驻波比。接地单元5上的缺口7可以进一步增大天线的工作带宽。

参见图2，是天线VSWR的测试结果。从图中可以看到，该天线在2.5～11GHz的工作带宽(VSWR＜2)内具有两个阻带，分别为3.41～4.18GHz和5.76～6.59GHz(VSWR＞2)，阻带的中心频率分别为3.8GHz和6.18GHz。

参见图3，是天线的实测方向图，选取了三个频点3.3GHz，5.5GHz，8.1GHz，E面方向图基本上呈苹果状，H面基本为圆形，可以看出天线在整个工作频带内工作状态比较稳定。

参见图4，是实测的天线增益，可以看出，天线在阻带内增益很低，实现了滤除其他频带干扰的目的。

综上所述，本发明可以保持***性能的稳定，在不增加***体积的情况下滤除来自其他频带内的干扰信号。

Claims (2)

1.一种基于非对称双U型缺陷地结构的双阻带超宽带天线，该天线包括介质板(1)和位于介质板(1)两面的金属印刷天线，其特征是：在介质板(1)的正面设有微带馈电端口(2)、微带馈线(3)、微带辐射单元(4)，微带馈线(3)位于介质板(1)的中轴线上，在微带馈线(3)的上部连接有微带辐射单元(4)，在微带馈线(3)的下部为微带馈电端口(2)；在介质板(1)背面的下部设有接地单元(5)，接地单元(5)上刻蚀有非对称双U型缺陷地结构(6)。

2.根据权利要求1所述的基于非对称双U型缺陷地结构的双阻带超宽带天线，其特征是：非对称双U型缺陷地结构(6)由在接地单元(5)上蚀刻出双U型槽而构成，两个U型槽相邻的臂有交叠，且两个U型槽的长度不同，具有相反的倾斜角度。

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