CN202134654U - 一种陷波超宽带天线 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供的是一种陷波超宽带天线，包括介质基板，位于介质基板一侧的辐射单元、微带馈电线，位于介质基板另一侧的部分接地面，部分接地面上刻蚀有槽，辐射单元为圆环形贴片，微带馈电线直接和形辐射单元连接，微带馈电线和SMA内导体连接，SMA的外导体与部分接地面连接。本实用新型主要利用圆环形辐射单元和微带馈电的方式实现超宽带通信需求。为了进一步增加天线的阻抗带宽，在部分接地面上刻蚀一个“工”字形槽，从而覆盖超宽带的整个带宽。在圆环形辐射单元的中间***一条调谐微带线，来产生陷波特性，该天线的结构简单、工作带宽宽，便于批量生产，且成本低廉。
Description
技术领域
本实用新型涉及的是一种天线。具体地说是一种陷波超宽带天线。该天线可以用于接受和发射无线电波。
背景技术
由于无线电通信设备和电子信息设备朝着多功能化，小型化，超宽带以及与周围环境友好协调的方向发展，这使得宽频带，小型化，高增益成为国内外研究的热点课题之一。近年来，各种各样的超宽带天线相继问世，特别是采用微带技术的超宽带天线，该结构可以通过照相或者光刻技术制作，并且有较好的极化特性，因此该技术已经应用在超宽带天线的设计和相关的微波电路元器件的设计中。然而目前的超宽带通信所占的频带和无线局域网有共用的部分，因此需要设计的超宽带天线能够降低、甚至不会给无限局域网带来干扰，因此设计带有陷波特性的超宽带天线成为目前研究的热点。如果通过适当的设计来抑制谐波和寄生发射，这样的天线将不会对附近的设备产生电磁干扰，危及***本身和邻近***的正常工作，特别是对目前使用的无线局域网***造成严重的干扰。传统的方式是添加滤波器是最常使用的方法，在***完成之后在天线单元和射频组件之间添加合适的滤波器来解决。通常这种方法会造成天线与微波电路不匹配，甚至减低***的整体效能，因此设计带有陷波特性的超宽带天线是解决此问题的重要方法之一。
传统的印刷超宽带天线主要是圆锥天线和印刷盘锥天线，为了减小体积，中国专利“一款超宽带阶梯地板印刷单极子天线，申请编号2005100242288.7”阐述了一种基于阶梯型接地板和椭圆形辐射单元的超宽带天线，但该天线的带宽有限，仍不能满足UWB的应用，且不能克服UWB和WLAN的电磁干扰问题。文献“Harmonic Control For An Integrated Microstrip AntennaWith Loaded Transmission Line，Shun-Yun Lin，Kuang-Chih Huang，and Jin-Sen Chen.MicrowaveAnd Optical Technology Letters，Vol.44，No.4，February，2005”，提出一种利用周期结构抑制谐波，采用直接在超宽带天线的后端增加周期性滤波器结构产生陷波特性，实现UWB和WLAN的协同工作，但是体积较大，且结构复杂。为了克服上述缺点，文献“Design of a 5.8-GHzAntenna Incorporating a New Patch Antenna，Ching-Hong K.Chin，Quan Xue，Chi Hou Chan，IEEE Antennas And Wireless Propagation，Vol.4，2005”，阐述了在共面波导馈电信号线上刻蚀滤波器的方法，产生陷波的特性，但是体积仍然较大，不能很好的实现***的小型化设计，且该天线的制作要求相对较高。文献“A miniaturized monopole antenna for ultra-wide bandapplications with band-notch Filter，B.Ahmadi，R.Faraji-Dana，IET Microw.Antennas Propag.，2009，Vol.3，No.14，pp.1224-1231.”阐述了刻蚀U形槽和V形槽的带有陷波特性的超宽带天线，但是体积较大，且采用渐变馈电结构，给设计和调试带来不便。文献“Compact CPW-fedultra-wideband antenna with dual band-notched characteristics，Y.S.LI，X.D.Yang，C.Y.Liu，T.Jiang，Electronics Letters，2010，vol.46，No.14”，采用在辐射源单元上刻蚀倒U形槽和在共面波导接地面上刻蚀H形槽，来产生陷波特性，该天线采用在辐射元上刻蚀槽的形式，使得部分电磁波外泄，影响天线的辐射方向图。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种结构简单、工作带宽宽，便于批量生产，且成本低廉的陷波超宽带天线。
本实用新型的目的是这样实现的：
包括介质基板，位于介质基板一侧的辐射单元、微带馈电线，位于介质基板另一侧的部分接地面，部分接地面上刻蚀有槽，辐射单元为圆环形贴片，微带馈电线直接和形辐射单元连接，微带馈电线直接和SMA内导体连接，SMA的外导体与部分接地面连接。
本实用新型还可以包括：
1、在辐射单元的圆环形内有与微带馈电线相连的调谐微带线。
2、所述槽为“工”字形槽。
3、所述微带馈电线为矩形结构的微带馈电线或“I”形结构的微带馈电线。
本实用新型涉主要利用圆环形辐射单元和微带馈电的方式实现超宽带通信需求。为了进一步增加天线的阻抗带宽，在部分接地面上刻蚀一个“工”字形槽，从而覆盖超宽带的整个带宽。在圆环形辐射单元的中间***一条调谐微带线，来产生陷波特性，该天线的结构简单、工作带宽宽，便于批量生产，且成本低廉。
本实用新型的天线可以使用在电子侦察，电子对抗等设备上，降低对无线局域网的电磁干扰，实现UWB和WLAN的协同工作。
本实用新型属于微带馈电的单极子天线，该天线印制在介质基板上，其辐射单元为圆环形贴片，部分地和圆环形辐射单元印刷在介质基板的两侧，为了覆盖整个超宽带的工作带宽，在部分接地面上刻蚀一个“工”字形槽，进一步展宽天线的阻抗带宽，使得所设计的天线能覆盖UWB通信带宽；同时在圆环形辐射单元中间***一条调谐微带线，从而产生一个陷波带宽，实现UWB和WLAN(5.15GHz-5.825GHz)的协同工作。该天线具有良好的阻抗带宽和陷波特性，结构简单，且陷波带宽的中心频率可以调节，因此大大增加了其适用范围。本实用新型采用印刷天线结构和微带馈电结构，大大降低了天线体积，且比较容易和射频前端微波集成电路集成。
所述的超宽带天线可以包括部分及地面刻蚀其它槽的结构，从而展宽天线的阻抗带宽，满足超宽带通信的需求。
所述的调谐微带线，可以采用矩形结构的微带线和I形结构的微带线，采用这些结构可以进一步缩小天线的尺寸，实现天线的小型化，同时可以有效的产生陷波带宽，抑制不需要的寄生发射和谐波抑制。
根据微带馈电的优势和技术思路，本实用新型采用的技术方案的特点为：
1、辐射单元采用圆环形贴片，类似于传统的印刷单极子天线，便于设计和制作，且能保证较好的阻抗匹配，实现宽频带阻抗匹配，同时有较好的全向辐射特性。
2、本实用新型采用微带馈电结构，其微带馈电线直接和圆环形辐射单元连接，而部分接地面印刷在介质基板的另一侧。
3、本实用新型采用在部分接地面上刻蚀“工”字形槽的形式，改变天线的分布电容和分布电感，从而改善天线馈电的阻抗特性，实现超宽带匹配。
4、本实用新型在圆环形辐射单元的内部增加一条调谐微带线的形式，从而改变圆环形辐射单元的电流分布，产生一个谐振频率，从而形成一个陷波，实现超宽带和无线局域网之间的协同通信。
本实用新型与现有技术相比，具有显著的优点为：
1、本实用新型可以实现更宽的阻抗带宽，所设计超宽带天线通过在部分接地面上刻蚀“工”字形结构，展宽天线的阻抗带宽，覆盖UWB的整个频段。所设计超宽带天线可以覆盖2.8GHz-10.9GHz，同时在WLAN频段内产生一个陷波带宽，抑制WLAN的潜在干扰，实现UWB和WLAN的协同工作；
2、本实用新型所设计的超宽带天线的圆环形辐射单元和部分接地面印刷在接地板的两面，便于和微波***集成，同时可以使天线接地更加充分。
3、本实用新型引入滤波器设计理论与技术和开路/短路微带线调节技术。在辐射单元的叉形贴片之间***一条调谐微带线，产生陷波特性。本实用新型采用开路的调谐微带线，调节陷波的中心频率和带宽。该结构省去滤波器的设计，降低设计成本和***的复杂性，同时提高***的整体效能，也缩小了整体体积；
4、采用调谐微带线产生陷波带宽，避免在辐射单元和接地面上刻蚀槽，从而避免电磁波的泄露，有效的提高天线的辐射特性。且该天线结构简单，紧凑，体积小，加工方便，成本低。
附图说明
图1为本实用新型实施实例1的结构示意图；
图2为本实用新型实施实例1的辐射单元与微带馈电线示意图；
图3为本实用新型实施实例1的部分接地面示意图；
图4为本实用新型实施实例1的驻波特性曲线；
图5为本实用新型实施实例2的辐射单元与微带馈电线示意图；
图6为本实用新型实施实例2的驻波曲线。
具体实施方式
下面结合附图举例本对实用新型做更详细地描述：
实施实例1：
本实用新型的一个实例如图1、图2和图3所示。介质基板107、圆环形辐射单元101、微带馈电线103、调谐微带线102、部分接地面104、刻蚀在部分接地面上的“工”字形槽105组成。微带馈电线103直接和SMA内导体连接，SMA的外导体与部分接地面104连接。根据图图1、图2和图3所示的结构，只要选择合适的尺寸，就能满足其超宽带工作特性和陷波特性。
图4为该陷波超宽带天线的驻波比曲线，从图上可以看出在驻波比(≤2∶1)的阻抗带宽是2.8-10.9GHz，满足超宽带通信的需求，在5-6GHZ之间有一个陷波特性，可以消除或者降低超宽带天线对无线局域网的电磁干扰。
实施实例2：
如图5所示，本实用新型的另一种实施实例是该陷波超宽带天线没有调谐微带线，实现超宽带通信需求。该超宽带天线的仍由圆环形辐射单元201、微带馈电线203、部分接地面、刻蚀在部分接地面上的“工”字形槽组成。整个天线印刷在介电常数为3.5的介质基板的两侧。该天线的微带馈电线203的下端与SMA内导体连接。SMA的外导体与部分接地面连接。根据图5所示的结构，只要选择合适的尺寸，就能满足其超宽带工作特性。
图6为该超宽带天线的驻波比曲线，从图上可以看出在驻波比(≤2∶1)的阻抗带宽是2.8-10.9GHz，满足超宽带通信的需求。
本实用新型的陷波特性区域有效波长为，：λn＝c/(fnεeff)，其中c为光速，fn为陷波的中心频率，εeff为有效介电常数。
本实用新型的天线采用介电常数为3.5的介质基板，且介电损耗正切角小于10-2，且其尺寸的大小可以和共面波导接地面一致。
Claims (5)
1.一种陷波超宽带天线，包括介质基板，位于介质基板一侧的辐射单元、微带馈电线，位于介质基板另一侧的部分接地面，其特征是：部分接地面上刻蚀有槽，辐射单元为圆环形贴片，微带馈电线直接和形辐射单元连接，微带馈电线和SMA内导体连接，SMA的外导体与部分接地面连接。
2.根据权利要求1所述的一种陷波超宽带天线，其特征是：在辐射单元的圆环形内有与微带馈电线相连的调谐微带线。
3.根据权利要求1或2所述的一种陷波超宽带天线，其特征是：所述槽为“工”字形槽。
4.根据权利要求1或2所述的一种陷波超宽带天线，其特征是：所述微带馈电线为矩形结构的微带馈电线或“I”形结构的微带馈电线。
5.根据权利要求3所述的一种陷波超宽带天线，其特征是：所述微带馈电线为矩形结构的微带馈电线或“I”形结构的微带馈电线。
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