CN207834586U - 一种差分uwb陷波可重构天线 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了一种差分UWB陷波可重构天线，包括介质基板、金属地板、双端口差分微带馈电线；金属地板设置在介质基板的下表面，其上刻蚀有阶梯型缝隙；双端口差分微带馈电线横设在介质基板的上表面，其两端馈入等幅反相的差分信号，双端口差分微带馈电线附近设置有三个谐振枝节，分别为第一谐振枝节、第二谐振枝节、第三谐振枝节，第一谐振枝节和第二谐振枝节的结构相同，位于双端口差分微带馈电线的同一侧，第一谐振枝节和第二谐振枝节的中部设置有变容二极管，阶梯型缝隙位于第一谐振枝节和第二谐振枝节之间，第三谐振枝节位于双端口差分微带馈电线的另一侧。本实用新型具有陷波频率可重构，易加工、成本低、频带宽的特点。

Description

一种差分UWB陷波可重构天线
技术领域
本实用新型涉及无线通信的技术领域，尤其是指一种差分UWB陷波可重构天线。
背景技术
近年来，由于无线移动通信的迅猛发展，人们对新的通信方式提出了更高的要求。原有的通信频谱已经被许多无线通信***使用，可用的频段越来越少。而UWB通信技术由于其功耗低、高比特率，功率密度极小，同时还具有传播距离远，抗干扰能力强和保密性好的特点，获得了学术界和工业界的广泛关注。
UWB的带宽为3.1-10.6GHz，为了避免UWB通信与已存在的通信网络之间相互干扰，UWB陷波天线应运而生。为了避免这种干扰，就需要在UWB天线的设计过程中滤除相应的频带。一种简单而实用的解决方法是在UWB天线设计中加入滤波设计，形成具有陷波特性的UWB天线。在辐射体上开槽或加载谐振器，在地板上开缝或者加载谐振器等都可以达到一定的陷波作用。使用多个谐振器的组合，可使陷波具有较好的矩形度。
据调查与了解，已经公开的现有技术如下：
2015年6期的《测试技术学报》，赵凤仙等发表题为“UWB陷波差分天线”的文章中提出了一种新型的UWB陷波天线。该文章采用在地接地板上增加了TSCSCS结构从而实现了陷波功能，这种结构的电流流向与缝隙地上电流流向一致，从而改善了陷波天线的增益。在其它高频段，基于同样的原理，增益也得到了改善。但这种现有技术仍没解决陷波频率可控的问题。
实用新型内容
本实用新型的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提出了一种差分UWB陷波可重构天线，该天线具有陷波频率可重构，易加工、结构简单、体积小、成本低、频带宽的特点，并且通过调整变容二极管的容值可以控制陷波的频率。
为实现上述目的，本实用新型所提供的技术方案为：一种差分UWB陷波可重构天线，包括介质基板、金属地板、双端口差分微带馈电线；所述金属地板设置在介质基板的下表面，其上刻蚀有阶梯型缝隙；所述双端口差分微带馈电线横设在介质基板的上表面，其两端馈入等幅反相的差分信号，所述双端口差分微带馈电线附近设置有三个谐振枝节，分别为第一谐振枝节、第二谐振枝节、第三谐振枝节，其中，所述第一谐振枝节和第二谐振枝节的结构相同，并位于双端口差分微带馈电线的同一侧，且所述第一谐振枝节和第二谐振枝节的中部设置有变容二极管，所述阶梯型缝隙位于第一谐振枝节和第二谐振枝节之间，所述第三谐振枝节位于双端口差分微带馈电线的另一侧。
所述阶梯型缝隙由一长条形缝隙串联五个矩形缝隙而成。
所述阶梯型缝隙垂直于双端口差分微带馈电线，所述第一谐振枝节和第二谐振枝节以阶梯型缝隙为对称线呈左右对称，所述第三谐振枝节的中心线位于阶梯型缝隙的长度方向上。
所述第一谐振枝节、第二谐振枝节、第三谐振枝节为二分之一波长的C型谐振枝节。
所述双端口差分微带馈电线为直微带线。
所述金属地板为铝金属地板、铝合金地板、铁金属地板、铁合金地板、锡金属地板、锡合金地板、铜金属地板、铜合金地板、银金属地板、银合金地板、金金属地板、金合金地板、铂金属地板、铂合金地板中的任意一种。
所述双端口差分微带馈电线为铝金属微带线、铝合金微带线、铁金属微带线、铁合金微带线、锡金属微带线、锡合金微带线、铜金属微带线、铜合金微带线、银金属微带线、银合金微带线、金金属微带线、金合金微带线、铂金属微带线、铂合金微带线中的任意一种。
所述第一谐振枝节、第二谐振枝节、第三谐振枝节为铝金属谐振枝节、铝合金谐振枝节、铁金属谐振枝节、铁合金谐振枝节、锡金属谐振枝节、锡合金谐振枝节、铜金属谐振枝节、铜合金谐振枝节、银金属谐振枝节、银合金谐振枝节、金金属谐振枝节、金合金谐振枝节、铂金属谐振枝节、铂合金谐振枝节中的任意一种。
本实用新型与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：
1、本实用新型的差分UWB陷波可重构天线与现有技术的设计相比，通过在谐振枝节上加变容二极管，可以达到控制陷波产生频率的功能，而对其它频段的性能影响很小。
2、本实用新型的差分UWB陷波可重构天线的阻抗匹配(|S11|≤-10dB)相对带宽为116％，增益较稳定。
3、本实用新型的差分UWB陷波可重构天线消除了UWB通信***与WLAN及X频段***的互扰。
4、本实用新型的差分UWB陷波可重构天线与传统的UWB天线相比，采用差分馈电结构，更容易与差分电路集成。
5、本实用新型的差分UWB陷波可重构天线具有结构简单、尺寸小的优点，容易加工设计。
附图说明
图1为本实用新型的差分UWB陷波可重构天线的俯视图。
图2为本实用新型的差分UWB陷波可重构天线的立体图。
图3为本实用新型的差分UWB陷波可重构天线|S11|参数随电容变化的的仿真结果曲线。
图4为本实用新型的差分UWB陷波可重构天线在C＝1pF时增益(Gain)参数的仿真结果曲线。
图5为本实用新型的差分UWB陷波可重构天线HFSS仿真模型在4.7GHz时XOY平面的辐射方向图。
图6为本实用新型的差分UWB陷波可重构天线HFSS仿真模型在7GHz时XOY平面的辐射方向图。
图7为本实用新型的差分UWB陷波可重构天线HFSS仿真模型在9.7GHz时XOY平面的辐射方向图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本实用新型作进一步说明。
如图1和图2所示，本实施例所提供的差分UWB陷波可重构天线，包括介质基板1、金属地板2、双端口差分微带馈电线3；所述金属地板2设置在介质基板1的下表面，其上刻蚀有阶梯型缝隙9，所述阶梯型缝隙9由一长条形缝隙串联五个矩形缝隙而成；所述双端口差分微带馈电线3为直微带线，横设在介质基板1的上表面，其两端馈入等幅反相的差分信号，所述双端口差分微带馈电线3附近设置有三个二分之一波长的C型谐振枝节，分别为第一谐振枝节4、第二谐振枝节5、第三谐振枝节6，其中，所述第一谐振枝节4和第二谐振枝节5位于双端口差分微带馈电线3的同一侧，并靠近于该双端口差分微带馈电线3，且其开口朝外，所述阶梯型缝隙9垂直于双端口差分微带馈电线3，所述第一谐振枝节4和第二谐振枝节5以阶梯型缝隙9为对称线呈左右对称，且所述第一谐振枝节4的中部设置有变容二极管7，所述第二谐振枝节5的中部设置有变容二极管8，所述第三谐振枝节6位于双端口差分微带馈电线3的另一侧，其开口同样朝外，且该第三谐振枝节6的中心线位于阶梯型缝隙9的长度方向上。
所述介质基板采用FR4-epoxy材料制成，介电常数为2.55，损耗角为0.02，体积小且其加工工艺成熟，成本低，制作过程简单。所述金属地板2、双端口差分微带馈电线3、第一谐振枝节4、第二谐振枝节5、第三谐振枝节6均采用金属材料制成，该金属材料可以为铝、铁、锡、铜、银、金、铂中的任意一种，或为铝、铁、锡、铜、银、金、铂中的任意一种合金。
调整本实施例的差分UWB陷波可重构天线各部分的尺寸参数后，通过计算和电磁场仿真，对本实施例的差分UWB陷波可重构天线进行了验证仿真，如图3所示，给出了该天线在2～12GHz频率范围内的|S11|参数(输入端口回波损耗)随电容值变化的仿真结果的曲线，图中有五条曲线，分别是C＝0.4pF、C＝0.5pF、C＝0.6pF、C＝0.7pF、C＝0.9pF时对应的|S11|曲线，可以看出随着第一、第二变容二极管的容值C减小，在10GHz附近的陷波往右移动，并且对其他频段的性能不产生影响。如图4所示，给出了该天线的增益(Gain)参数仿真结果的曲线，可以看到，在两个谐振点处增益下降明显，而在其他频段增益都稳定在5dB左右。仿真结果表明本实施例的差分UWB陷波可控天线具有较大的带宽，较平稳的增益，对陷波的控制较好，能够满足UWB天线宽带高速无线通讯***的要求。
本实施例的差分UWB陷波可重构天线仿真的HFSS模型在4.7GHz时的辐射方向图如图5所示，在7GHz时的辐射方向图如图6所示，在9.7GHz时的辐射方向图如图7所示。
以上所述实施例只为本实用新型之较佳实施例，并非以此限制本实用新型的实施范围，故凡依本实用新型之形状、原理所作的变化，均应涵盖在本实用新型的保护范围内。

Claims (8)

1.一种差分UWB陷波可重构天线，其特征在于：包括介质基板、金属地板、双端口差分微带馈电线；所述金属地板设置在介质基板的下表面，其上刻蚀有阶梯型缝隙；所述双端口差分微带馈电线横设在介质基板的上表面，其两端馈入等幅反相的差分信号，所述双端口差分微带馈电线附近设置有三个谐振枝节，分别为第一谐振枝节、第二谐振枝节、第三谐振枝节，其中，所述第一谐振枝节和第二谐振枝节的结构相同，并位于双端口差分微带馈电线的同一侧，且所述第一谐振枝节和第二谐振枝节的中部设置有变容二极管，所述阶梯型缝隙位于第一谐振枝节和第二谐振枝节之间，所述第三谐振枝节位于双端口差分微带馈电线的另一侧。
2.根据权利要求1所述的一种差分UWB陷波可重构天线，其特征在于：所述阶梯型缝隙由一长条形缝隙串联五个矩形缝隙而成。
3.根据权利要求1所述的一种差分UWB陷波可重构天线，其特征在于：所述阶梯型缝隙垂直于双端口差分微带馈电线，所述第一谐振枝节和第二谐振枝节以阶梯型缝隙为对称线呈左右对称，所述第三谐振枝节的中心线位于阶梯型缝隙的长度方向上。
4.根据权利要求1所述的一种差分UWB陷波可重构天线，其特征在于：所述第一谐振枝节、第二谐振枝节、第三谐振枝节为二分之一波长的C型谐振枝节。
5.根据权利要求1所述的一种差分UWB陷波可重构天线，其特征在于：所述双端口差分微带馈电线为直微带线。
6.根据权利要求1所述的一种差分UWB陷波可重构天线，其特征在于：所述金属地板为铝金属地板、铝合金地板、铁金属地板、铁合金地板、锡金属地板、锡合金地板、铜金属地板、铜合金地板、银金属地板、银合金地板、金金属地板、金合金地板、铂金属地板、铂合金地板中的任意一种。
7.根据权利要求1所述的一种差分UWB陷波可重构天线，其特征在于：所述双端口差分微带馈电线为铝金属微带线、铝合金微带线、铁金属微带线、铁合金微带线、锡金属微带线、锡合金微带线、铜金属微带线、铜合金微带线、银金属微带线、银合金微带线、金金属微带线、金合金微带线、铂金属微带线、铂合金微带线中的任意一种。
8.根据权利要求1所述的一种差分UWB陷波可重构天线，其特征在于：所述第一谐振枝节、第二谐振枝节、第三谐振枝节为铝金属谐振枝节、铝合金谐振枝节、铁金属谐振枝节、铁合金谐振枝节、锡金属谐振枝节、锡合金谐振枝节、铜金属谐振枝节、铜合金谐振枝节、银金属谐振枝节、银合金谐振枝节、金金属谐振枝节、金合金谐振枝节、铂金属谐振枝节、铂合金谐振枝节中的任意一种。
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