CN112886220A - 一种具有三陷波特性的超宽带天线 - Google Patents

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张义红
徐超
蒋学芹
薛庆水
杨世达
徐好好
沈波
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Abstract

本发明涉及一种具有三陷波特性的超宽带天线，包括中间介质基板、设置于所述中间介质基板上表面的顶层辐射贴片层，以及设置于所述中间介质基板下表面的底层接地板，所述顶层辐射贴片层、中间介质基板和底层接地板连接为一个天线整体，所述顶层辐射贴片层与微带传输线连接，所述顶层辐射贴片层上靠近所述微带传输线的左侧设置有用于实现ITU频段陷波特性的开口向左的方形谐振环，所述顶层辐射贴片上蚀刻有用于实现WiMAX频段与WLAN频段的陷波特性的开口互补方形谐振器，所述顶层辐射贴片层通过所述微带传输线进行馈电。本发明提供的超宽带天线能同时在WiMAX频段、WLAN频段和ITU波段产生了良好的陷波特性。

Description

一种具有三陷波特性的超宽带天线
技术领域
本发明涉及超带宽天线技术领域，特别是涉及一种具有三陷波特性的超宽带天线。
背景技术
随着移动通信技术的迅猛发展，物联网时代对各种数据业务的需求激增，对现代无线通信数据存储量、信息传输速度提出了更高的要求，同时现代电子设备朝着小型化、集成化的方向发展，超宽带技术由于自身传输速度快、存储容量大、安全性高等特点脱颖而出，得到了商业界和学术界的广泛关注。超宽带天线作为超宽带***的必要组件，一度成为学术和商业界的研究热点，但是宽带***内存在着全球微波接入(World WideInteroperability for Microwave Acess,WiMAX,3.3～3.6GHz)，无线局域网(WirelessLocal Area Networks,WLAN,5.15～5.35GHz,5.725～5.825GHz)、ITU(8-8.5GHz)、C波段卫星(3.7～4.2GHz)和X波段卫星(7.25～7.75GHz)等多种窄带***，窄带***信号会对宽带***造成干扰，影响宽带***的稳定性，因此需要设计具有高性能的超宽带天线。
P Rahul Kumar等人在对拓式的Vivaldi天线加载了三个相同的方形***环形谐振器，Vivaldi天线是一种平面式的喇叭天线，容易获得较大的带宽，经测试天线获得了WLAN频段陷波特性。Saurabh Kumar提出一款超宽带三陷波天线，在天线传输线的两侧分别加入两个螺旋方向相反、尺寸不同的阿基米德螺旋线结构，经测量天线的工作带宽为2.4～10.65GHz，在4.5GHz、5.1GHz和9.1GHz三个陷波频率处的回波损耗均大于-10。Dhanesh V.K在辐射贴片刻蚀三阶互补方形***环谐振器，成功实现了WiMAX和WLAN两个频段的陷波特性
目前实现超宽带天线的方法主要有：开槽法、加载谐振器和添加匹配枝节，通过特定的方法，或者多种方法的混合可以使天线在相应频段内产生带阻特性，从而达到滤波的效果。其中，加载谐振器法由于其节省材料、可调节，同时不会改变原有天线的尺寸等优点，成为目前实现超宽带陷波特性最常采用的方法。通过传统的接在谐振器的方法，虽然可以产生相应的阻带，但是由于陷波的深度不够，导致并不能使超宽带天线很好的产生阻抗失配，在相应频带内的增益仍然较高，同时为了实现多个频段的陷波特性往往需要加载多阶开口互补环谐振器，可调节性变弱。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种具有三陷波特性的超宽带天线，能够提高天线的陷波效果，使天线在WiMAX频段、WLAN频段和ITU频段形成良好的陷波特性。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种具有三陷波特性的超宽带天线，包括中间介质基板、设置于所述中间介质基板上表面的顶层辐射贴片层，以及设置于所述中间介质基板下表面的底层接地板，所述顶层辐射贴片层、中间介质基板和底层接地板连接为一个天线整体，所述顶层辐射贴片层与微带传输线连接，所述顶层辐射贴片层上靠近所述微带传输线的左侧设置有用于实现ITU频段陷波特性的开口向左的方形谐振环，所述顶层辐射贴片上蚀刻有用于实现WiMAX频段与WLAN频段的陷波特性的开口互补方形谐振器，所述顶层辐射贴片层通过所述微带传输线进行馈电。
所述开口互补方形谐振器的开口宽度为0.5mm，长边长度为7.6mm，短边长度为6mm。
所述开口向左的方形谐振环的开口宽度为2.31mm，长边长度为2.3mm，短边长度为2mm。
所述微带传输线为长度为12.5mm，宽度为3mm的50Ω矩形微带传输线。
所述中间介质基板的厚度为1.5mm。
所述中间介质基板的制备材料为基于FR4等级的材料。
所述顶层辐射贴片层为由12个点连接成沿中心线左右对称的形状。
所述底层接地板为一沿中心线左右对称的矩形接地板。
有益效果
由于采用了上述的技术方案，本发明与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：本发明在靠近微带传输线一侧蚀刻有用于实现WiMAX频段与WLAN频段的陷波特性的开口互补方形谐振器，同时在顶层辐射贴片层上靠近所述微带传输线的左侧设置有用于实现ITU频段陷波特性的开口向左的方形谐振环，都有良好的陷波特性，利用两种混合方式，能够有效避免使用高阶互补开口环谐振器造成的可调性较差的问题；经过仿真分析，本发明的超宽带天线的工作带宽为2.76～10.74GHz，并在3.34～3.59GHz、5.24～5.96GHz和7.933～8.6020GHz三个频段产生了陷波特性，有效抑制了WiMAX频段、WLAN频段和ITU频段的窄带频段信号；本发明的超宽带天线尺寸较小，并且仿真陷波带宽略大于要求的带宽，因此允许存在一定的加工误差。
附图说明
图1是本发明实施方式的具有三陷波特性的超宽带天线示意图；
图2是本发明实施方式的天线初始结构示意图；
图3是本发明实施方式的开口互补方形谐振器示意图；
图4是本发明实施方式的开口向左的方形谐振环示意图；
图5是本发明实施方式的超宽带天线的仿真回拨损耗曲线示意图；
图6是本发明实施方式的超宽带天线的仿真增益曲线示意图；
图7是本发明实施方式的超宽带天线在3GHz处E面和H面的辐射方向示意图；
图8是本发明实施方式的超宽带天线在5GHz处E面和H面的辐射方向示意图；
图9是本发明实施方式的超宽带天线在7GHz处E面和H面的辐射方向示意图；
图10是本发明实施方式的超宽带天线在9GHz处E面和H面的辐射方向示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
本发明的实施方式涉及一种具有三陷波特性的超宽带天线，如图1所示，包括中间介质基板1、设置于所述中间介质基板1上表面的顶层辐射贴片层2，以及设置于所述中间介质基板1下表面的底层接地板4，所述顶层辐射贴片层2、中间介质基板1和底层接地板4连接为一个天线整体，所述顶层辐射贴片层2与微带传输线3连接，所述顶层辐射贴片层2上靠近所述微带传输线3的左侧设置有用于实现ITU频段陷波特性的开口向左的方形谐振环6，所述顶层辐射贴片2上蚀刻有用于实现WiMAX频段与WLAN频段的陷波特性的开口互补方形谐振器(CSRR)5，所述顶层辐射贴片2层通过所述微带传输线3进行馈电。
图2为本发明实施方式的天线初始结构示意图，所述顶层辐射贴片层2为由12个点(P0、P1、P2、P3、P4、P5、P6、P7、P8、P9、P10、P11)连接成沿中心线左右对称的形状，所述底层接地板4为一沿中心线左右对称的矩形接地板，所述微带传输线3为长度为12.5mm，宽度为3mm的50Ω矩形微带传输线，所述中间介质基板1的厚度为1.5mm，所述中间介质基板的制备材料为基于FR4等级的材料。
图3为本发明实施方式的开口互补方形谐振器示意图，所述开口互补方形谐振器5的开口宽度wn2为0.5mm，长边长度w3为7.6mm，短边长度w4为6mm。
图4为本发明实施方式的开口向左的方形谐振环示意图，所述开口向左的方形谐振环6的开口宽度wn1为2.31mm，长边长度w2为2.3mm，短边长度w1为2mm。
图5为本发明实施方式的超宽带天线的仿真回拨损耗曲线示意图，其中，横坐标表示频率，纵坐标表示回波损耗值，从图5中可以看出本实施方式中的天线带宽有效覆盖了超宽带所要求的3.1～10.6GHz，同时在WiMAX频段、WLAN频段和ITU频段产生了良好的陷波特性，WiMAX的陷波频段为3.34～3.59GHz，WLAN的陷波频段为5.24～5.96GHz，ITU的陷波频段为7.933～8.062GHz，均有效覆盖了所要求的陷波频段范围。
图6为本发明实施方式的超宽带天线的仿真增益曲线示意图，其中，横坐标表示频率，纵坐标表示峰值增益即PeakRealizedGain值，从图6中可以看出天线在整个频段内的增益平缓，同时在WiMAX频段、WLAN频段与ITU频段处都形成了良好的增益衰减。
图7为本发明实施方式的超宽带天线在3GHz处E面和H面的辐射方向示意图，从图7中可以看出H面辐射方向图为圆形，E面为经典的8字形，证明天线在3GHz处具良好的全向辐射特性。
图8为本发明实施方式的超宽带天线在5GHz处E面和H面的辐射方向示意图，从图8中可以看出H面辐射方向图为圆形，E面为经典的8字形，证明天线在5GHz处具良好的全向辐射特性。
图9为本发明实施方式的超宽带天线在7GHz处E面和H面的辐射方向示意图，由于同一个天线在5GHz和7GHz处辐射特性完全一样，故图9和图8形状一致，在实际处理中可以得到图9中的H面辐射方向图为圆形，E面为经典的8字形，但是相比较3GHz处出现了衰减，证明天线在7GHz处具全向辐射特性。
图10为本发明实施方式的超宽带天线在9GHz处E面和H面的辐射方向示意图，从图10中可以看出，在9GHz频点处天线在E面和H面的辐射特性均出现了衰减，但是仍然具有全向辐射特性。
图7、图8、图9和图10表明了本实施方式的超宽带天线在3.1～10.6GHz的频段范围内具有良好的辐射特性。
由此可见，本发明提供的具有三陷波特性的超宽带天线具有合理的设计结构，通过开口互补方形谐振器和开口向左的方形谐振环使得天线在WiMAX频段、WLAN频段与ITU频段都具有良好的陷波特性，并且本发明提供的超宽带天线在3.1～10.6GHz的频段范围内具有良好的辐射特性。

Claims (8)

1.一种具有三陷波特性的超宽带天线，其特征在于，包括中间介质基板、设置于所述中间介质基板上表面的顶层辐射贴片层，以及设置于所述中间介质基板下表面的底层接地板，所述顶层辐射贴片层、中间介质基板和底层接地板连接为一个天线整体，所述顶层辐射贴片层与微带传输线连接，所述顶层辐射贴片层上靠近所述微带传输线的左侧设置有用于实现ITU频段陷波特性的开口向左的方形谐振环，所述顶层辐射贴片上蚀刻有用于实现WiMAX频段与WLAN频段的陷波特性的开口互补方形谐振器，所述顶层辐射贴片层通过所述微带传输线进行馈电。
2.根据权利要求1所述的具有三陷波特性的超宽带天线，其特征在于，所述开口互补方形谐振器的开口宽度为0.5mm，长边长度为7.6mm，短边长度为6mm。
3.根据权利要求1所述的具有三陷波特性的超宽带天线，其特征在于，所述开口向左的方形谐振环的开口宽度为2.31mm，长边长度为2.3mm，短边长度为2mm。
4.根据权利要求1所述的具有三陷波特性的超宽带天线，其特征在于，所述微带传输线为长度为12.5mm，宽度为3mm的50Ω矩形微带传输线。
5.根据权利要求1所述的具有三陷波特性的超宽带天线，其特征在于，所述中间介质基板的厚度为1.5mm。
6.根据权利要求1所述的具有三陷波特性的超宽带天线，其特征在于，所述中间介质基板的制备材料为基于FR4等级的材料。
7.根据权利要求1所述的具有三陷波特性的超宽带天线，其特征在于，所述顶层辐射贴片层为由12个点连接成沿中心线左右对称的形状。
8.根据权利要求1所述的具有三陷波特性的超宽带天线，其特征在于，所述底层接地板为一沿中心线左右对称的矩形接地板。
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