專利名稱：基于分裂環(huán)諧振器和貼片刻蝕縫隙的多阻帶超寬帶天線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種具有抗多頻率信號(hào)干擾的多阻帶超寬帶(Ultra—Wideband, UWB)天線綜合設(shè)計(jì)技術(shù)。
背景技術(shù)：
超寬帶通信系統(tǒng)具有低復(fù)雜度、低成本、抗多徑和抗混迭等諸多優(yōu)點(diǎn)，適應(yīng) 與當(dāng)今髙速寬帶通信系統(tǒng)的發(fā)展要求。但是，隨著各種通信系統(tǒng)的發(fā)展，超寬帶 通信系統(tǒng)與其它同頻率通信系統(tǒng)出現(xiàn)了頻帶重疊，因此超寬帶系統(tǒng)的發(fā)展就不得 不面臨系統(tǒng)間的互干擾問題。以工作頻帶為2GHz—10GHz的超寬帶系統(tǒng)為例，與 之相干擾的頻點(diǎn)信號(hào)包括WLAN的2.4GHz/5.8GHz信號(hào)，以及固定寬帶無線接入 (FBWA) 3.5GHz信號(hào)等。干擾信號(hào)的存在，大大影響甚至破壞了各通信系統(tǒng)的工 作。為了避免這些頻點(diǎn)信號(hào)的干擾，在超寬帶通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中可以通過添加相 應(yīng)的阻帶濾波器或者設(shè)計(jì)具有阻帶特性的超寬帶天線實(shí)現(xiàn)。己有的阻帶天線大都 具有單一的阻帶，不能對(duì)多個(gè)頻點(diǎn)的信號(hào)進(jìn)行抑制；或者，具有兩個(gè)阻帶的天線工作帶寬受到影響而減小，不滿足超寬帶特性。因此，設(shè)計(jì)一種具有多阻帶，超 寬帶工作帶寬的天餓線成為亟待解決的問題。利用多阻帶濾波器和具有單阻帶特 性的超寬帶天線進(jìn)行綜合設(shè)計(jì)，可以很好的將兩者合成一體，構(gòu)成具有多阻帶特 性的單片天饋線系統(tǒng)。這種天饋線可以工作在很寬的頻帶，具有濾波特性的饋線 結(jié)構(gòu)和貼片刻蝕縫隙使天線在特定的頻率上具有很大的輸入電壓駐波比，即對(duì)于 相應(yīng)頻率的信號(hào)天線呈現(xiàn)截止，不工作的狀態(tài)，從而起到減小甚至消除超寬帶系 統(tǒng)與其他通信系統(tǒng)間相互干擾的作用。最近出現(xiàn)的分裂環(huán)諧振器(Split Ring Resonators, SRRs)，是一種具有左手特性的新結(jié)構(gòu)，具有小體積，高品質(zhì)因數(shù)， 可以平面化實(shí)現(xiàn)的特點(diǎn)，是用于小型化阻帶濾波器的設(shè)計(jì)的較好選擇。發(fā)明內(nèi)容技術(shù)問題本發(fā)明提出一種基于分裂環(huán)諧振器(SRRs)和貼片刻蝕縫隙混合技術(shù)的多阻帶超寬帶天線，不僅具有超寬帶特性，而且對(duì)于多個(gè)頻點(diǎn)的干擾信號(hào) 有很好的抑制作用。該天線具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小巧，滿足平面電路集成的要求， 并且具有成本低、便于批量生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)，因此適用于多種超寬帶的應(yīng)用場(chǎng)合。技術(shù)方案本發(fā)明的超寬帶天線包含刻蝕縫隙圓盤天線和分裂環(huán)諧振器耦合 微帶結(jié)構(gòu)憤線兩部分，采用印刷電路板技術(shù)在微波介質(zhì)基片上實(shí)現(xiàn)?？涛g縫隙和 分裂環(huán)諧振器耦合微帶線結(jié)構(gòu)，均可以產(chǎn)生特定頻點(diǎn)的阻帶。通過將兩者相結(jié)合, 從而產(chǎn)生多個(gè)阻帶，構(gòu)成具有多阻帶特性的單片天饋線結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的基于分裂環(huán)諧振器和貼片刻蝕縫隙混合技術(shù)實(shí)現(xiàn)多阻帶超寬帶天線 包含刻蝕縫隙圓盤天線和分裂環(huán)諧振器耦合微帶結(jié)構(gòu)兩部分，通過印刷電路板技 術(shù)在微波介質(zhì)基片上實(shí)現(xiàn)分裂環(huán)諧振器耦合饋線由一塊介質(zhì)基片，和在介質(zhì)基 片上下表面覆蓋的兩層金屬鍍層共同構(gòu)成；下表面金屬鍍層為饋線部分的地，上 表面金屬鍍層包含有天線輻射單元、微帶饋線、梯形阻抗變換線以及分裂環(huán)諧振 器；其中，天線輻射單元采用圓盤天線，在天線輻射單元中設(shè)有一個(gè)與天線輻射 單元同圓心的分裂環(huán)形縫隙，圓盤天線背后無金屬地饋線部分釆用微帶線形式, 饋線部分與天線輻射單元之間通過梯形阻抗變換線進(jìn)行阻抗匹配連接；分裂環(huán)諧 振器包含有兩對(duì)諧振器即第一諧振器、第二諧振器，對(duì)稱分布于饋線兩側(cè)，每個(gè) 諧振器由內(nèi)外兩個(gè)分裂環(huán)構(gòu)成，內(nèi)環(huán)的開口方向遠(yuǎn)離饋線，外環(huán)的開口方向靠近 饋線，共同構(gòu)成具有左手特性的諧振結(jié)構(gòu)。分裂環(huán)形縫隙可以釆用具有非閉合特 性的矩形、橢圓、或者其他形狀的縫隙。分裂環(huán)諧振器可以變更為正方形，幾組 諧振器的布局和尺寸可以根據(jù)需要調(diào)整，并且微帶饋線可以根據(jù)需要進(jìn)行彎曲設(shè) 計(jì)。本發(fā)明所設(shè)計(jì)天線具有超寬帶天線工作帶寬(2GHz-10.4GHz)，利用天線刻 蝕縫隙和分裂環(huán)諧振器耦合饋線結(jié)構(gòu)兩種技術(shù)相結(jié)合實(shí)現(xiàn)多阻帶特性。其中，利 用刻蝕縫隙實(shí)現(xiàn)低頻阻帶，避免了設(shè)計(jì)相應(yīng)頻率的帶阻濾波器，大大減小了天線 體積；利用兩組分裂環(huán)諧振器與饋線耦合結(jié)構(gòu)，形成兩個(gè)相對(duì)較高頻率的阻帶， 避免了在天線輻射單元刻蝕多條縫隙對(duì)天線方向性等性能的影響。將該饋線與輻 射單元相連，形成具有三阻帶特性的超寬帶天線。該天線設(shè)計(jì)基于平面印刷電路 技術(shù)，采用微帶線饋電，體積小巧，適合平面高度集成。有益效果；1. 天線具有超寬帶特性，可以滿足超寬帶通信系統(tǒng)要求；同時(shí)，天線可以產(chǎn) 生三個(gè)頻率的阻帶，具有抗多頻點(diǎn)干擾性能。2. 天線阻帶的頻率可以通過改變刻蝕縫隙長(zhǎng)度或者分裂環(huán)諧振器的尺寸進(jìn)行 自由調(diào)節(jié)，即具有阻帶可調(diào)性，因此可以滿足一些干擾頻率特殊場(chǎng)合的應(yīng)用，也 可以通過添加多條不同長(zhǎng)度的縫隙或者多個(gè)不同大小的分裂環(huán)諧振器實(shí)現(xiàn)更多阻 帶特性。3. 利用刻蝕縫隙實(shí)現(xiàn)低頻阻帶，避免了相應(yīng)頻點(diǎn)帶阻濾波器的設(shè)計(jì)，減小了 電路體積；同時(shí)，分裂環(huán)諧振器具有左手結(jié)構(gòu)特性，為子波長(zhǎng)諧振結(jié)構(gòu)，體積較 普通諧振器明顯縮小，并且具有高品質(zhì)因數(shù)，可以產(chǎn)生尖銳的阻帶特性。4. 天線整體體積小巧，采用微帶線作為饋線，可以方便與微波平面電路高度 集成，適合移動(dòng)小型化設(shè)備使用。5. 整個(gè)天線的各部分集成為一體，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，全部利用PCB工藝生產(chǎn)，成本 低、精度髙、重復(fù)性好，適合大批量生產(chǎn)。


圖1為本發(fā)明天線的結(jié)構(gòu)示意圖暨實(shí)施例1結(jié)構(gòu)示意圖，其中左為正面視圖， 中為側(cè)面視圖，右為分裂環(huán)諧振器耦合微帶線結(jié)構(gòu)示意圖。圖中mm為標(biāo)記長(zhǎng)度 單位，圖2為實(shí)施實(shí)例1的反射系數(shù)測(cè)量結(jié)果，圖3為實(shí)施實(shí)例1的輸入電壓駐波比測(cè)量結(jié)果，圖4為實(shí)施例1的X0Z平面方向圖，4條曲線分別是2、 3、 5、 8GHz時(shí)的測(cè) 試結(jié)果，圖5為實(shí)施例1的Y0Z平面方向圖，4條曲線分別是2、 3、 5、 8GHz時(shí)的測(cè) 試結(jié)果，圖6為實(shí)施例1的XOY平面方向圖，4條曲線分別是2、 3、 5、 8GHz時(shí)的測(cè) 試結(jié)果，以上的圖中有介質(zhì)基片l,下表面金屬鍍層2，上表面金屬鍍層3，天線輻射單元4，微帶饋線5，梯形阻抗變換線6，分裂環(huán)形縫隙7，分裂環(huán)諧振器8，第 一諧振器9、第二諧振器IO，內(nèi)環(huán)9a，外環(huán)9b。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明的基于分裂環(huán)諧振器和貼片刻蝕縫隙混合技術(shù)實(shí)現(xiàn)的多阻帶超寬帶天 線，特別的刻蝕縫隙實(shí)現(xiàn)阻帶并且不破壞天線整體性能。普通縫隙，例如單個(gè)線 形、弧形，以及閉合形縫隙均會(huì)在2倍基頻處產(chǎn)生寄生諧振。本發(fā)明所選用分裂 環(huán)形縫隙7和分裂環(huán)諧振器8可以有效的避免寄生諧振產(chǎn)生，從而不至于影響天 線整體的超寬帶性能。并且上述縫隙可以進(jìn)一步推廣，具有類似非閉合特性的矩 形，橢圓，或者其他形狀的縫隙，也可以產(chǎn)生相似的作用。同時(shí)，本發(fā)明中天線 輻射單元上僅刻蝕了一條縫隙，通過添加更多的相似縫隙，可以實(shí)現(xiàn)更多阻帶的 特性。分裂環(huán)諧振器耦合饋線結(jié)構(gòu)可以根據(jù)需要進(jìn)行尺寸和布局上的調(diào)整。其中， 分裂環(huán)諧振器可以變更為正方形，幾組諧振器的布局可以根據(jù)需要調(diào)整，并且微 帶饋線可以根據(jù)需要進(jìn)行彎曲設(shè)計(jì)以減小天線整體體積，只需保證諧振器與微帶 線為平行耦合即可。通過改變分裂環(huán)諧振器的尺寸可以對(duì)諧振頻率進(jìn)行調(diào)節(jié)，進(jìn)而可以對(duì)阻帶頻 率控制。因此，通過添加更多不同尺寸的分裂環(huán)諧振器可以實(shí)現(xiàn)更多阻帶的超寬 帶天線。此外，還可以通過在天線上增加刻蝕縫隙實(shí)現(xiàn)更多阻帶，使得這一天線 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更加靈活?；诜至循h(huán)諧振器和貼片刻蝕縫隙混合技術(shù)實(shí)現(xiàn)的多阻帶超寬帶天線(如圖l 所示)由一塊介質(zhì)基片l,和在介質(zhì)基片上下表面覆蓋的兩層金屬鍍層共同構(gòu)成。 下表面金屬鍍層2為餓線部分的地，上表面金屬鍍層3包含有夭線輻射單元4,微 帶饋線5以及分裂環(huán)諧振器8等幾部分。其中，天線輻射單元4采用圓盤形式， 圓盤背后無金屬地2，圓盤上有分裂環(huán)形縫隙7。為了使饋線與輻射單元之間阻抗 匹配，采用了梯形阻抗變換線6進(jìn)行連接。分裂環(huán)諧振器與分裂環(huán)諧振器8包含 有第一諧振器9、第二諧振器10，他們對(duì)稱分布于饋線兩側(cè)。每個(gè)諧振器由內(nèi)外 兩個(gè)分裂環(huán)構(gòu)成。以第一諧振器9中的一個(gè)為例，由內(nèi)環(huán)9a和外環(huán)9b共同構(gòu)成，其中9a的開口方向遠(yuǎn)離饋線，而9b的開口方向靠近饋線。9a和9b共同構(gòu)成具有 左手特性的諧振結(jié)構(gòu)。諧振器組，即第一諧振器9、第二諧振器10均含有兩個(gè)諧 振器，他們具有相似結(jié)構(gòu)，僅尺寸不同，分別用于產(chǎn)生兩個(gè)不同頻率的阻帶特性。 加上由分裂環(huán)諧振器8的刻蝕縫隙產(chǎn)生的一個(gè)阻帶，整體的天饋線結(jié)構(gòu)就夠成具 有三阻帶特性的超寬帶天線。實(shí)施例1基于分裂環(huán)諧振器和貼片刻蝕縫隙混合技術(shù)實(shí)現(xiàn)的多阻帶超寬帶 天線。天線結(jié)構(gòu)如圖l所示，尺寸單位均為ram。本實(shí)施實(shí)例的基片尺寸為47X68X 1。實(shí)測(cè)天線反射系數(shù)，輸入電壓駐波比(VSWR)以及下X0Z、 Y0Z、 X0Y三個(gè)平面 的方向圖結(jié)果示于圖2 圖6。
權(quán)利要求
1.一種基于分裂環(huán)諧振器和貼片刻蝕縫隙的多阻帶超寬帶天線，其特征在于該天線包含刻蝕縫隙圓盤天線和分裂環(huán)諧振器耦合微帶結(jié)構(gòu)兩部分，通過印刷電路板技術(shù)在微波介質(zhì)基片上實(shí)現(xiàn)；分裂環(huán)諧振器耦合饋線由一塊介質(zhì)基片(1)，和在介質(zhì)基片上下表面覆蓋的兩層金屬鍍層共同構(gòu)成；下表面金屬鍍層(2)為饋線部分的地，上表面金屬鍍層(3)包含有天線輻射單元(4)、微帶饋線(5)、梯形阻抗變換線(6)以及分裂環(huán)諧振器(8)；其中，天線輻射單元(4)采用圓盤天線，在天線輻射單元(4)中設(shè)有一個(gè)與天線輻射單元(4)同圓心的分裂環(huán)形縫隙(7)，圓盤天線背后無金屬地；饋線部分(5)采用微帶線形式，饋線部分(5)與天線輻射單元(4)之間通過梯形阻抗變換線(6)進(jìn)行阻抗匹配連接；分裂環(huán)諧振器(8)包含有兩對(duì)諧振器即第一諧振器(9)、第二諧振器(10)，對(duì)稱分布于饋線兩側(cè)，每個(gè)諧振器由內(nèi)外兩個(gè)分裂環(huán)構(gòu)成，內(nèi)環(huán)的開口方向遠(yuǎn)離饋線，外環(huán)的開口方向靠近饋線，共同構(gòu)成具有左手特性的諧振結(jié)構(gòu)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于分裂環(huán)諧振器和貼片刻蝕縫隙的多阻帶超寬帶 天線，其特征在于分裂環(huán)形縫隙(7)可以釆用具有非閉合特性的矩形、橢圓、或 者其他形狀的縫隙。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于分裂環(huán)諧振器和貼片刻蝕縫隙的多阻帶超寬帶 天線，其特征在于分裂環(huán)諧振器(8)可以變更為正方形，幾組諧振器的布局和尺 寸可以根據(jù)需要調(diào)整，并且微帶饋線可以根據(jù)需要進(jìn)行彎曲設(shè)計(jì)。
全文摘要
基于分裂環(huán)諧振器和貼片刻蝕縫隙的多阻帶超寬帶天線包含刻蝕縫隙圓盤天線和分裂環(huán)諧振器耦合微帶結(jié)構(gòu)兩部分，下表面金屬鍍層(2)為饋線部分的地，上表面金屬鍍層(3)包含有天線輻射單元(4)、微帶饋線(5)、梯形阻抗變換線(6)以及分裂環(huán)諧振器(8)；其中，天線輻射單元(4)采用圓盤天線，其上有同圓心的分裂環(huán)形縫隙(7)，圓盤天線背后無金屬地；饋線部分(5)采用微帶線形式，饋線部分(5)與天線輻射單元(4)之間通過梯形阻抗變換線(6)進(jìn)行阻抗匹配連接；分裂環(huán)諧振器(8)包含有兩對(duì)諧振器即第一諧振器(9)、第二諧振器(10)，對(duì)稱分布于饋線兩側(cè)，每個(gè)諧振器由內(nèi)外兩個(gè)分裂環(huán)構(gòu)成，內(nèi)環(huán)的開口方向遠(yuǎn)離饋線，外環(huán)的開口方向靠近饋線。
文檔編號(hào)H01Q1/38GK101237082SQ20081001927
公開日2008年8月6日 申請(qǐng)日期2008年1月18日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月18日
發(fā)明者周健義, 彥 張, 偉 洪, 蒯振起 申請(qǐng)人:東南大學(xué)