CN103943953A - 小型l-t枝节双带阻平面超宽带天线 - Google Patents

Abstract

小型L-T枝节双带阻平面超宽带天线，属于超宽带无线通信技术领域。本发明的超宽带天线包括介质基板、馈电线、接地板和金属辐射单元；金属辐射单元包括类对称梯形单元、T形金属枝节和L形金属枝节；类对称梯形单元由十个长方形金属片从上到下依次连接排列组成，第五个长方形金属片的长边的两端分别连接有L形金属枝节，类对称梯形单元上设有圆形通孔，圆形通孔内设有T形金属枝节，T形金属枝节的竖端的端部与第九个长方形金属片连接。该天线具有1.6-14.8Ghz的相对驻波比带宽，在3.3-3.7GHz与5.0-5.9Ghz具有明显地滤波作用，从而抑制了不同无线通信***的互扰作用，且具有全频段稳定增益和全频段全向辐射。

Description

小型L-T枝节双带阻平面超宽带天线

技术领域

本发明涉及一种小型L-T枝节双带阻平面超宽带天线，属于超宽带无线通信技术领域。

背景技术

超宽带天线是指带宽非常宽的天线，即天线的特性如输入阻抗、效率、波瓣指向、波瓣宽度、副瓣电平、方向系数、增益、极化等在非常宽的范围内不超出给定的范围所对应的频率范围。

现有技术中，超宽带***所覆盖的频段为3.1Ghz-10.6GHz，而WiMax、WLAN通信***的使用频段范围内存在3.3Ghz-3.7Ghz与5.0Ghz-5.9Ghz频段，并且IEEE802.11b/g、RFID等***提出了对2.4-2.484GHz频段的使用需求，这就造成了在需要超宽带与IEEE802.11b/g、RFID双***同时使用时，WiMax、WLAN通信***与双***相互干扰。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中超宽带***与IEEE802.11b/g、RFID等***同时使用时，与WiMax、WLAN通信***相互干扰的技术问题，提供一种小型L-T枝节双带阻平面超宽带天线。

本发明的小型L-T枝节双带阻平面超宽带天线，包括介质基板；设定在所述介质基板上表面并用于接收电磁波的馈电线；设定在所述介质基板上表面并用于辐射电磁波的金属辐射单元；固定在所述介质基板上表面且对称设定在馈电线两侧的接地板；所述馈电线和金属辐射单元均相对于介质基板的中轴线对称；所述金属辐射单元包括类对称梯形单元、T形金属枝节和L形金属枝节；

所述类对称梯形单元由十个长方形金属片从上到下依次连接排列组成，所述十个长方形金属片从上至下，长分别为6mm，12mm，17mm，22mm，24mm，22mm，17mm，12mm，9mm，6mm，宽分别为1.5mm，2mm，2mm，2mm，2mm，2mm，2mm，2mm，2.5mm，2mm；所述第五个长方形金属片的长边的两端分别连接有L形金属枝节，所述L形金属枝节为倒L形金属片，L形金属枝节的横端与竖端边长相等，横端边长为7mm，L形金属枝节的横端与竖端的宽度均为0.5mm，L形金属枝节的竖端的端部与第五个长方形金属片的长边连接，L形金属枝节的竖端的外侧边与第五个长方形金属片的宽边对齐；所述类对称梯形单元内设有圆形通孔，圆形通孔的圆心距离第九个长方形金属片的上底边的垂直距离为3mm，圆形通孔的半径为4.5mm；所述圆形通孔内设有T形金属枝节，T形金属枝节为T形金属片，T形金属枝节的横端长6mm，竖端长2mm，T形金属枝节的横端与竖端的宽度均为0.5mm，T形金属枝节的竖端的端部与第九个长方形金属片连接；所述馈电线为长方形金属片，所述接地板为两个长方形金属片，馈电线的一条宽边与第十个长方形金属片的长边连接，馈电线的另一条宽边与接地板的宽边在同一条直线上，接地板的长边与馈电线的长边平行，接地板在靠近馈电线和金属辐射单元交接处设有直角开口。

进一步的，所述馈电线的长边为11.5mm，宽边为2.8mm。

进一步的，所述接地板为两个长边均为11.5mm，宽边均为11.2mm的长方形金属片。

进一步的，所述接地板的两个直角开口的长均为2.2mm，宽均为1.5mm，两个直角开口的长边与接地板的宽边平行。

进一步的，所述金属片均为铜片。

本发明的工作原理：本发明所设计天线为小型平面超宽带微带天线，天线采用共面波导结构进行馈电，电磁波沿金属馈电线与对称结构金属接地板之间前向传播，由于采用类对称阶梯形金属辐射单元，相当于将不同长宽比的微带金属贴片串联到一起，不同长宽比的金属贴片对应不同的谐振频率，通过不同的谐振频率点相互连接，实现了天线驻波比带宽的有效扩展，因此可以对不同频段的电磁波产生谐振效果，从而实现了微带天线驻波比带宽的有效展宽，当5.6GHz频率附近的电磁波通过金属辐射体内部T形金属枝节时，被抑制在了T形金属枝节周围，使得天线在这个频段的谐振结构呈现驻波状态，改变天线的表面电流，从而有效地抑制了对应频段电磁波的向外辐射，实现了天线对这两个频段电磁波的滤波作用，同样的原理，当3.6GHz频率附近电磁波通过对称L形金属枝节时，也被束缚在了两个L形金属枝节上，无法产生有效地辐射效果，从而实现了对这一频段电磁波的带阻作用。

本发明的有益效果：

(1)本发明在采用共面波导结构馈电，实现了天线的小型化和平面化的同时，将金属辐射单元设计成了类对称阶梯形结构，有效展宽了天线驻波比带宽，实现了1.6GHz-14.8Ghz的相对驻波比带宽；

(2)本发明在保证微带天线驻波比带宽不缩减的前提下，采用圆内T形及对称L形金属枝节，在3.3GHz-3.7GHz与5.0GHz-5.9Ghz两个频段有效地实现了天线结构上的陷波功能，使得天线对这两个频段的电磁波具有明显地滤波作用，从而抑制了不同无线通信***的互扰作用；

(3)本发明的超宽带天线能够获得全频段稳定增益和全频段全向辐射。

附图说明

图1为本发明小型L-T枝节双带阻平面超宽带天线的结构示意图；

图2为本发明小型L-T枝节双带阻平面超宽带天线的结构示意图；

图3为本发明小型L-T枝节双带阻平面超宽带天线的驻波比参数图；

图4为本发明小型L-T枝节双带阻平面超宽带天线在4GHz增益方向图；

图5为本发明小型L-T枝节双带阻平面超宽带天线在5GHz增益方向图；

图6为本发明小型L-T枝节双带阻平面超宽带天线在8GHz增益方向图；

图7为本发明小型L-T枝节双带阻平面超宽带天线的峰值增益图；

图中，1、介质基板，2、馈电线，3、接地板，4、金属辐射单元。

具体实施方式

为了进一步了解本发明，下面结合具体实施方式对本发明的优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点而不是对本发明权利要求的限制。

如图1和2所示，本发明的小型L-T枝节双带阻平面超宽带天线，包括介质基板1、馈电线2、接地板3和金属辐射单元4。其中，馈电线2、接地板3和金属辐射单元4设定在介质基板1的上表面，且馈电线2和金属辐射单元4均相对于介质基板1的中轴线对称，接地板3对称设置在馈电线2的两侧。馈电线2用于接收电磁波，接地板3与馈电线2形成共面波导结构，使电磁波沿着两者之间缝隙传播，起到前向导行电磁波的作用，金属辐射单元4用于辐射电磁波。金属辐射单元4包括类对称梯形单元、T形金属枝节和L形金属枝节，类对称梯形单元由十个长方形金属片从上到下依次连接排列组成，十个长方形金属片从上至下，长分别为6mm，12mm，17mm，22mm，24mm，22mm，17mm，12mm，9mm，6mm，宽分别为1.5mm，2mm，2mm，2mm，2mm，2mm，2mm，2mm，2.5mm，2mm；第五个长方形金属片的上底边的两端分别连接有L形金属枝节，L形金属枝节为倒L形金属片，L形金属枝节的横端与竖端边长相等，横端边长为7mm，横端和竖端宽度均为0.5mm，L形金属枝节的竖端的端部与第五个长方形金属片的上底边连接，L形金属枝节的竖端的外侧边与第五个长方形金属片的宽边对齐；类对称梯形单元上设有圆形通孔，圆形通孔的圆心距离第九个长方形的上底边的垂直距离为3mm，圆形通孔的半径为4.5mm；圆形通孔内设有T形金属枝节，T形金属枝节为T形金属片，横端长6mm，竖端长2mm，横端和竖端宽度均为0.5mm，T形金属枝节的竖端的端部与第九个长方形金属片连接；馈电线2为长方形金属片，宽度为2.8mm，长度为11.5mm，馈电线2的长边两侧分别设置接地板3，接地板3为两个长方形金属片，长边均为11.5mm，宽边均为11.2mm，馈电线2的长边与接地板3的长边平行，相邻的馈电线2和接地板3的平行长边的垂直间距为0.4mm，馈电线2的一条宽边与类对称梯形单元的第十个长方形金属片的长边连接，馈电线2的另一条宽边与接地板3的长边在一条直线上；接地板3在靠近馈电线2和金属辐射单元4交接处设有直角开口，两个直角开口的长均为2.2mm，宽均为1.5mm，直角开口的长边与接地板3的宽边平行。

本实施方式中，馈电线2、十个长方形金属片、两个L形金属枝节和T形金属枝节一体化成型。

本实施方式中，介质基板1选用为FR-4，介电常数为4.4，损耗角正切为0.01，厚度为1mm，天线总长32mm，总宽26mm；所提及金属片均为铜片。本实施方式天线采用热转印法制备：将测试过介电常数的介质基板1表面的铜层进行打磨剖光处理，印制上天线的结构模型，游标卡尺确定天线尺寸，根据尺寸裁剪介质基板1，将印制好的天线放入腐蚀液中，经过5分钟左右振动腐蚀，将天线表面不必要的铜层去，即完成了小型平面超宽带天线的制备。

对制备好的天线的性能进行检测，测试结果如图3-7所示。

图3为天线的驻波比参数图，当驻波比参数小于2时，说明天线驻波量小，具有良好的辐射特性，而驻波比大于2时，说明经过天线辐射的电磁波无法有效地产生向外辐射特性，因此从图3可以看出，天线可以有效地覆盖RFID***和超宽带通信***所规定的带宽范围，同时实现对WiMax、WLAN等所应用的3.3Ghz-3.7Ghz与5.0Ghz-5.9Ghz两个频段的其他通信***的滤波特性。

图4-6分别为天线在4GHz、6GHz和8GHz的增益方向图，从图中可以看出，天线在超宽带***所应用的频带范围内的主要频点的主极化方向图接近于圆形，说明天线具有全向辐射的特性。

图7为天线在2GHz-11GHz的峰值增益图，从图中可以看出，天线在非带阻频段范围内具有2dB左右的稳定增益，而在3.3Ghz-3.7Ghz与5.0Ghz-5.9Ghz两个频段，峰值增益出现明显的下降，说明天线在这两个频段增益很低，不能起到向外辐射效果，从而实现了对这两个频段信号的带阻功能。

显然，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于所述技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (5)

1.小型L-T枝节双带阻平面超宽带天线，包括：

介质基板(1)；

设定在所述介质基板(1)上表面并用于接收电磁波的馈电线(2)；

设定在所述介质基板(1)上表面并用于辐射电磁波的金属辐射单元(4)；

固定在所述介质基板(1)上表面且对称设定在馈电线(2)两侧的接地板(3)；

其特征在于，

所述馈电线(2)和金属辐射单元(4)均相对于介质基板(1)的中轴线对称；

所述金属辐射单元(4)包括类对称梯形单元、T形金属枝节和L形金属枝节；

所述类对称梯形单元由十个长方形金属片从上到下依次连接排列组成，所述十个长方形金属片从上至下，长分别为6mm，12mm，17mm，22mm，24mm，22mm，17mm，12mm，9mm，6mm，宽分别为1.5mm，2mm，2mm，2mm，2mm，2mm，2mm，2mm，2.5mm，2mm；

所述第五个长方形金属片的长边的两端分别连接有L形金属枝节，所述L形金属枝节为倒L形金属片，L形金属枝节的横端与竖端边长相等，横端边长为7mm，L形金属枝节的横端与竖端的宽度均为0.5mm，L形金属枝节的竖端的端部与第五个长方形金属片的长边连接，L形金属枝节的竖端的外侧边与第五个长方形金属片的宽边对齐；

所述类对称梯形单元内设有圆形通孔，圆形通孔的圆心距离第九个长方形金属片的上底边的垂直距离为3mm，圆形通孔的半径为4.5mm；

所述圆形通孔内设有T形金属枝节，T形金属枝节为T形金属片，T形金属枝节的横端长6mm，竖端长2mm，T形金属枝节的横端与竖端的宽度均为0.5mm，T形金属枝节的竖端的端部与第九个长方形金属片连接；

所述馈电线(2)为长方形金属片，所述接地板(3)为两个长方形金属片，馈电线(2)的一条宽边与第十个长方形金属片的长边连接，馈电线(2)的另一条宽边与接地板(3)的宽边在同一条直线上，接地板(3)的长边与馈电线(2)的长边平行，接地板(3)在靠近馈电线(2)和金属辐射单元(4)交接处设有直角开口。

2.根据权利要求1所述的小型L-T枝节双带阻平面超宽带天线，其特征在于，所述馈电线(2)的长边为11.5mm，宽边为2.8mm。

3.根据权利要求1所述的小型L-T枝节双带阻平面超宽带天线，其特征在于，所述接地板(3)为两个长边均为11.5mm，宽边均为11.2mm的长方形金属片。

4.根据权利要求3所述的小型L-T枝节双带阻平面超宽带天线，其特征在于，所述接地板(3)的两个直角开口的长均为2.2mm，宽均为1.5mm，两个直角开口的长边与接地板(3)的宽边平行。

5.根据权利要求1所述的小型L-T枝节双带阻平面超宽带天线，其特征在于，所述金属片均为铜片。