CN103311661A - 具有c波段抑制功能的分形超宽带陷波天线 - Google Patents
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Abstract
具有C波段抑制功能的分形超宽带陷波天线，涉及一种超宽带天线。设基板和SMA接头；基板上表面敷有上表面导体层，下表面敷有下表面导体层，设在上表面导体层的平面偶极子阵列带有高阶改进Sierpinski阵列结构；设在上表面导体层上的微带线馈电部分用于给平面偶极子阵列提供主辐射馈电；设在下表面导体层上的倒凹字形缝隙与平面偶极子阵列产生电磁耦合以增加带宽，设在下表面导体层上的波段抑制缝隙呈对称Z字形，用于截取上表面导体层辐射的特定频率的电波，形成用户需求的陷波波段；SMA接头与基板的上表面导体层和下表面导体层相连。尺寸适中、阻抗带宽大、回波损耗低、增益高、有效抑制C波段、结构简单，可用于超宽带通信***。
Description
技术领域
本发明涉及一种超宽带天线，尤其涉及一种适用于须抑制C波段超宽带通信***的具有C波段抑制功能的分形超宽带陷波天线。
背景技术
作为一种被广泛应用在遥感和雷达中的传输技术，近年来，超宽带（Ultra-wideband,UWB）技术受到了无线通信行业的极大关注。超宽带天线具有GHz量级的带宽，语音及数据通信将可能带来一种全新的方式。UWB的主要优势是带宽极宽、传输速率高、保密性好、抗干扰能力强、能耗低等，在军事领域、通信领域和雷达***等诸多领域都具有重要的理论价值和广泛的应用前景。将成为解决企业、家庭、公共场所等高速因特网接入需求与越来越拥挤的频率资源分配之间矛盾的技术手段。
目前，超宽带技术应用领域非常广泛，主要包括航天和军事领域（如舰载雷达、星载通信***、电子侦察和电子对抗），以及高分辨率、小范围、能够穿透身体、墙壁和地面的成像***（如医疗成像***、地面穿透雷达、实时监视***）、手持式超宽带***、室内超宽带***等,这给超宽带通信技术带来了无穷的发展机会，引起了学术界、产业界的极大研究热情，同时也对其发展应用提出了更大的挑战。
超宽带天线的研究取得了很多成果，其技术也比较成熟，但是在超宽带天线的带阻性能和结构方面的研究还有进一步改善的空间，在C波段通信***（3.7～4.2GHz）带阻性能的研究非常少，且天线的陷波频段比较盲目，没有能够精确抑制不需要的频段，影响了其他频段的使用。
缝隙天线与未带技术的结合是近几年发展起来的新技术，在接地板上增加缝隙，通过改变其电流分布可较好的实现抑制C波段通信***的陷波功能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种尺寸适中、阻抗带宽大、回波损耗低、增益高、有效抑制C波段、结构简单，可用于超宽带通信***的具有C波段抑制功能的分形超宽带陷波天线。
本发明的阻带特性为3.58～4.53GHz，在中心频点处的增益抑制达到10dB，而在阻带频带以外，天线阻抗带宽依然保持在3.95～13.57GHz，阻抗特性与相位中心保持基本稳定。当添加的对称缝隙长度与阻带中心频点对应的介质波长的1/2相当时，整个天线不能产生有效的辐射，进而实现频带抑制。
本发明设有基板和SMA接头；所述基板的上表面敷有上表面导体层，基板的下表面敷有下表面导体层，设在上表面导体层的平面偶极子阵列带有高阶改进Sierpinski阵列结构，用于辐射电波；设在上表面导体层上的微带线馈电部分用于给平面偶极子阵列提供主辐射馈电；设在下表面导体层上的倒凹字形缝隙与平面偶极子阵列产生电磁耦合以增加带宽，设在下表面导体层上的波段抑制缝隙呈对称Z字形，用于截取上表面导体层辐射的特定频率的电波，形成用户需求的陷波波段，所述特定频率为3.58～4.53GHz；所述SMA接头分别与基板的上表面导体层和下表面导体层相连。
所述上表面导体层可采用铜导体层或银导体层等，所述下表面导体层可采用铜导体层或银导体层等；所述基板的介电常数可为2～10，最好为4.4。
所述平面偶极子阵列，由凹字形贴片一字形贴片、两个正方形贴片和两个Sierpinski高阶改进型树状贴片组成；所述一字形贴片宽度为0.8±0.2mm，一字形贴片两端对称设有边长为0.8±0.2mm的正方形贴片和高阶改进Sierpinski结构分形贴片。
所述一字形贴片水平长度可为12～16mm，最好为14mm。
所述高阶改进Sierpinski结构，其阶数可为2、3、4、5，…，最好为3；Sierpinski分形的基本改进为按Sierpinski分形规律具有特殊耦合效应的凸字挖孔，随分形阶数不同在偶极子壁上形成分形孔洞状面阵列。
所述凸字挖孔，其凸字由4个正方形叠放而成，叠放方式为其中3个并排紧凑放置在下形成一个长方形，另1个置于长方形上方，位置可调，且这4个正方形大小比列可调，通过这些微结构的优化可控制本款天线的特性。
所述微带线馈电部分为“1”字形贴片，“1”字形贴片上端与所述一字形贴片中间相连，“1”字形贴片下端与上表面导体层下端距离为0，“1”字形贴片宽度为3.6±0.6mm，竖直长度为8±1mm。
所述倒凹字形缝隙的水平长度和竖直长度分别为38±4mm和15±2mm，所述倒凹字形缝隙下端与下表面导体层下端距离为8±1mm，与下表面导体层左右两侧距离均相等，所述倒凹字形缝隙下端凹进去部分的水平长度可为13～17mm，最好为15mm，竖直长度可为1.3～1.7mm，最好为1.5mm。所述倒凹字形缝隙与下表面导体层左右两侧距离可为0.8～6mm，最好为2mm。
所述波段抑制缝隙，位于倒凹字形缝隙下方，呈对称Z字形，波段抑制缝隙中左侧缝隙与下导体层左侧距离为0，所述波段抑制缝隙中右侧缝隙与下表面导体层右侧距离为0。所述波段抑制缝隙尺寸典型值可取：缝隙宽度1±0.2mm，下端水平缝隙长度与上端水平缝隙长度均为4±0.8mm，下端水平缝隙与上端水平缝隙距离5±1mm,上、下水平缝隙均与垂直缝隙呈90°±10°的钝角或锐角。
添加特定设计的波段抑制缝隙后的天线可有效阻断超宽带通信可能产生干扰的频段，并且保证了其他频段的正常通信。与常规超宽带天线相比，本发明具有如下优势：
将分形技术应用到辐射单元，与宽缝隙耦合技术相结合，通过系列技术的综合优化，实现了天线的小型化，能够很好地满足超宽带通信的要求。由于采用了以上结构，本发明具有3.58～4.53GHz的阻抗特性，在中心频点处的增益抑制达到10dB，在阻带频带以外，天线阻抗带宽依然保持在3.95～13.57GHz，能够有效地抑制5.15～5.825GHz的干扰频段，进而实现陷波功能。综上所述，本发明具有尺寸小、结构简单、带宽大、辐射特性好、可有效抑制干扰频段、受环境因素影响小、成本低及已集成等优点，可满足超宽带通信***的要求。
附图说明
图1是本发明实施例的结构组成示意图。
图2是本发明实施例的主视结构示意图。
图3是本发明实施例的背视结构示意图。
图4是本发明实施例的左视结构示意图。
图5是本发明实施例的回波损耗（S11）性能图。在图5中，横坐标表示频率（GHz），纵坐标表示回波损耗强度（dB）。
图6是本发明实施例的H面方向图。在图6中，坐标为极坐标。
图7是本发明实施例的E面方向图。在图7中，坐标为极坐标。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明作进一步说明。
参见图1和2，图1中标记1为介电常数为3.2、正切损耗为0.002的介质基板，其长为40mm，宽为29mm，高为1.5mm。在介质基板的上下两面覆有铜层，上表面为由一字形贴片和两个正方形贴片组成的T形贴片以及三阶改进Sierpinski阵列结构贴片的覆铜层2，其中T形贴片水平宽度和竖直宽度分别为0.8±0.2mm和3.6±0.6mm，水平长度和竖直长度分别为14±2mm和8±1mm，T形贴片两端对称的正方形贴片边长为0.8±0.2mm，与正方形贴片相连接的三阶改进Sierpinski阵列结构贴片边长为12.5±2.5mm，三阶改进Sierpinski阵列结构贴片中正方形小孔3的边长和凸字形4的阶梯长度均为0.8mm±0.2mm。介质基板的下表层为有倒凹字形缝隙5和波段抑制缝隙6的覆铜层7，倒凹字形缝隙水平长度和竖直长度分别为38±4mm和15±2mm，倒凹字形缝隙下端与下导体层下端距离为8±1mm，与下导体层左右两侧距离均相等，凹字形缝隙下端凹进去部分的水平长度为15±2mm，竖直长度为1.5±0.2mm，凹字形缝隙与下导体层左右两侧距离为1±0.2mm；波段抑制缝隙中左侧缝隙与下导体层左侧距离为0，波段抑制缝隙中右侧缝隙与下导体层右侧距离为0，缝隙尺寸为：缝隙宽度1±0.2mm，下端水平缝隙长度与上端水平缝隙长度均为4±0.8mm，下端水平缝隙与上端水平缝隙距离5±1mm,上、下水平缝隙均与垂直缝隙呈90°±10°的钝角或锐角。本发明采用微带线馈电方式，所述T形贴片竖直部分8即为特性阻抗为50Ω的微带线馈电。
参见图4，所述SMA接头9分别与高介电性能质基板的上导体层和下导体层相连。
参见图5，从图5中可以看出，本发明的阻带频带为3.52～4.34GHz，在此频段内天线的回波损耗（S11）在0～10dB之间，在中心频点处的增益抑制达到10dB，在2.97～13.49GHz的其它频带内，天线的回波损耗（S11）在10dB以下，可看出本发明可有效阻断超宽带通信可能产生干扰的频段，并且保证了其他频段的正常通信。
参见图6与图7，图6为E面图，图7为H面图。从图6和7中可以看出，本发明具有定向辐射特性。可以满足超宽带通信***的要求。
表1给出本发明的制造加工误差对天线的影响特性。
表1
注：表中数据已有一定冗余，个参数之间有一定关联性，给出的是均衡特性，可根据需求特殊设计。
Claims (10)
1.具有C波段抑制功能的分形超宽带陷波天线，其特征在于设有基板和SMA接头；所述基板的上表面敷有上表面导体层，基板的下表面敷有下表面导体层，设在上表面导体层的平面偶极子阵列带有高阶改进Sierpinski阵列结构，用于辐射电波；设在上表面导体层上的微带线馈电部分用于给平面偶极子阵列提供主辐射馈电；设在下表面导体层上的倒凹字形缝隙与平面偶极子阵列产生电磁耦合以增加带宽，设在下表面导体层上的波段抑制缝隙呈对称Z字形，用于截取上表面导体层辐射的特定频率的电波，形成用户需求的陷波波段，所述特定频率为3.58～4.53GHz；所述SMA接头分别与基板的上表面导体层和下表面导体层相连。
2.如权利要求1所述具有C波段抑制功能的分形超宽带陷波天线，其特征在于所述基板的介电常数为2～10，最好为4.4。
3.如权利要求1所述具有C波段抑制功能的分形超宽带陷波天线，其特征在于所述平面偶极子阵列，由凹字形贴片一字形贴片、两个正方形贴片和两个Sierpinski高阶改进型树状贴片组成；所述一字形贴片宽度为0.8±0.2mm，一字形贴片两端对称设有边长为0.8±0.2mm的正方形贴片和高阶改进Sierpinski结构分形贴片。
4.如权利要求1所述具有C波段抑制功能的分形超宽带陷波天线，其特征在于所述一字形贴片水平长度为12～16mm，最好为14mm。
5.如权利要求1所述具有C波段抑制功能的分形超宽带陷波天线，其特征在于所述高阶改进Sierpinski结构，其阶数为2、3、4、5，…，最好为3；Sierpinski分形的基本改进为按Sierpinski分形规律具有特殊耦合效应的凸字挖孔，随分形阶数不同在偶极子壁上形成分形孔洞状面阵列。
6.如权利要求5所述具有C波段抑制功能的分形超宽带陷波天线，其特征在于所述凸字挖孔，其凸字由4个正方形叠放而成，叠放方式为其中3个并排紧凑放置在下形成一个长方形，另1个置于长方形上方，位置可调，且这4个正方形大小比列可调，通过这些微结构的优化可控制本款天线的特性。
7.如权利要求1所述具有C波段抑制功能的分形超宽带陷波天线，其特征在于所述微带线馈电部分为“1”字形贴片，“1”字形贴片上端与所述一字形贴片中间相连，“1”字形贴片下端与上表面导体层下端距离为0，“1”字形贴片宽度为3.6±0.6mm，竖直长度为8±1mm。
8.如权利要求1所述具有C波段抑制功能的分形超宽带陷波天线，其特征在于所述倒凹字形缝隙的水平长度和竖直长度分别为38±4mm和15±2mm，所述倒凹字形缝隙下端与下表面导体层下端距离为8±1mm，与下表面导体层左右两侧距离均相等。
9.如权利要求8所述具有C波段抑制功能的分形超宽带陷波天线，其特征在于所述倒凹字形缝隙下端凹进去部分的水平长度可为13～17mm，最好为15mm，竖直长度可为1.3～1.7mm，最好为1.5mm；所述倒凹字形缝隙与下表面导体层左右两侧距离可为0.8～6mm，最好为2mm。
10.如权利要求1所述具有C波段抑制功能的分形超宽带陷波天线，其特征在于所述波段抑制缝隙，位于倒凹字形缝隙下方，呈对称Z字形，波段抑制缝隙中左侧缝隙与下表面导体层左侧距离为0，所述波段抑制缝隙中右侧缝隙与下表面导体层右侧距离为0，所述波段抑制缝隙尺寸典型值可取：缝隙宽度1±0.2mm，下端水平缝隙长度与上端水平缝隙长度均为4±0.8mm，下端水平缝隙与上端水平缝隙距离5±1mm，上端水平缝隙和下端水平缝隙均与垂直缝隙呈90°±10°的钝角或锐角。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20150513 |
|
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |