專利名稱：基于三段型階梯阻抗諧振器實現(xiàn)多阻帶超寬帶天線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種適用于抗多頻率信號干擾的多阻帶濾波器與超寬帶(Ultra— Wideband, UWB)天線綜合設(shè)計的技術(shù)。所設(shè)計天線包含圓盤天線和三段階梯阻 抗諧振器(St印ped I即edance Resonators SIRs)耦合饋線結(jié)構(gòu)兩部分，具有 超寬帶天線工作帶寬(1.7 GHz—9.6 GHz)。
背景技術(shù)：
隨著通信技術(shù)的發(fā)展，已有的頻帶資源越來越緊張，特別是10GHz以下的頻 段，擁擠著大量不同種類的通信業(yè)務(wù)。這些通信業(yè)務(wù)之間存在頻帶的重疊和覆蓋 現(xiàn)象，由此所引起的系統(tǒng)間干擾成為亟需解決的問題。其中，幾乎占據(jù)了10GHz 以下所有頻帶的超寬帶系統(tǒng)(例如美國FCC認定的UWB頻帶為3. 1GHz-10. 6GHz)， 就和其他多個無線系統(tǒng)間存在特定頻率的重疊問題。例如，無限局域網(wǎng)WLAN的 5. 8GHz頻帶信號和WiMAX的3. 5GHz和5. 8GHz頻帶的信號。如果超寬帶系統(tǒng)工 作頻帶更寬，例如從2GHz — 10GHz，則相應(yīng)需要考慮的干擾頻率信號就更多，諸 如WLAN的2. 4GHz/5. 8GHz信號，以及固定寬帶無線接入(FBWA) 3. 5GHz信號 等。這些與超寬帶系統(tǒng)存在頻帶重疊的通信系統(tǒng)，都可能成為潛在的干擾源。為 了避免這些潛在的信號干擾，同時保護各個通信系統(tǒng)的正常工作，可以通過在通 信系統(tǒng)中添加相應(yīng)的阻帶濾波器或者設(shè)計具有阻帶特性的天線實現(xiàn)。其中，將多 阻帶濾波器和超寬帶天線綜合設(shè)計可以很好的將兩者合成一體，構(gòu)成具有阻帶特 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)使天線在特定的頻率上具有很大的輸入電壓駐波比，即對于相應(yīng)頻率的信號 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。已有的阻帶天線大都具有單一的阻帶，不能對多個頻點的 信號進行抑制；或者，具有兩個阻帶的天線工作帶寬受到影響而減小，不滿足超種具有多阻帶，超寬帶工作帶寬的小型化天饋線成為亟 待解決的問題。另一方面，三段型階梯阻抗諧振線具有體積小和前三個諧振頻率單獨可控的 性質(zhì)，可以用于設(shè)計多阻帶的濾波器。發(fā)明內(nèi)容技術(shù)問題本發(fā)明的目的是提出一種釆用平面印刷電路工藝實現(xiàn)的基于三段 階梯阻抗諧振器實現(xiàn)多阻帶超寬帶天線，不僅具有超寬帶特性，而且對于多個頻 點的干擾信號有很好的抑制作用。該天線具有結(jié)構(gòu)簡單、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，因此適用于多種抗干擾 的超寬帶應(yīng)用場合。技術(shù)方案所設(shè)計天線包含圓盤天線和三段階梯阻抗諧振器耦合饋線結(jié)構(gòu)兩 部分，具有超寬帶工作帶寬(1.7 GHz—9.6 GHz)。同時，通過三段階梯阻抗諧 振器與饋線相耦合，構(gòu)成具有多個阻帶的濾波器，將該濾波器與圓盤天線級聯(lián)， 就能形成具有三阻帶特性的超寬帶天線。該天線設(shè)計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。本發(fā)明的超寬帶天線包含圓盤天 線和三段型階梯阻抗諧振器耦合微帶線構(gòu)成的饋線兩部分，通過印刷電路板技術(shù) 在微波介質(zhì)基片實現(xiàn)。三段型階梯阻抗諧振器耦合微帶線結(jié)構(gòu)，可以產(chǎn)生多個特 定頻點的阻帶。同時，三段型階梯阻抗諧振器具有成熟的設(shè)計公式，因此，在多 阻帶天線設(shè)計中可以大大簡化設(shè)計過程。本發(fā)明采用如下技術(shù)方案本發(fā)明的三段型階梯阻抗諧振器耦合饋線實現(xiàn)的多阻帶超寬帶天線包括一塊介質(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、饋線以及三段型階 梯阻抗諧振器幾部分；其中，天線輻射單元采用圓盤形式，圓盤背后無金屬地分 布，該形式具有超寬帶特性；饋線采用微帶線形式，饋線、三段型階梯阻抗諧振 器、梯形阻抗變換線、天線輻射單元串聯(lián)連接，通過梯形阻抗變換線進行阻抗匹 配；三段型階梯阻抗諧振器的饋線部分采用了直轉(zhuǎn)角形式實現(xiàn)部分耦合。三段型階梯阻抗諧振器包括三組微帶線即第一組微帶線、第二組微帶線、第 三組微帶線第一組微帶線、第二組微帶線、第三組微帶線分別具有不同的特征 阻抗和電長度，阻抗和電長度呈現(xiàn)對稱分布的特點。第二組微帶線為了減小天線 的整體體積，采用直轉(zhuǎn)角設(shè)計。諧振器的一部分和微帶線相耦合，通過調(diào)節(jié)諧振器各段的阻抗和電長度可以 實現(xiàn)三個不同頻率的阻帶特性。因此，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。有益效果本發(fā)明具有如下優(yōu)點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，天線可以 產(chǎn)生三個頻率的阻帶，具有抗多頻點干擾性能。2. 天線阻帶的頻率可以利用三段型階梯阻抗諧振器設(shè)計公式進行計算得出 諧振器的結(jié)構(gòu)尺寸，因此具有阻帶可調(diào)性，因此可以滿足一些干擾頻率特殊場合 的應(yīng)用。3. 天線的三個阻帶可以通過一個單一的三段型階梯阻抗諧振器設(shè)計實現(xiàn)， 諧振器本身具有體積小巧的特點，并且可以彎曲布局，適合天線的小型化設(shè)計。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，適合移動小型化設(shè)備使用。5. 整個天線的各部分集成為一體，結(jié)構(gòu)簡單，全部利用PCB工藝生產(chǎn)，成 本低、精度高、重復(fù)性好，適合大批量生產(chǎn)。


圖1為三段型階梯阻抗諧振器耦合饋線實現(xiàn)多阻帶超寬帶天線的結(jié)構(gòu)示意圖，其中圖la為正面結(jié)構(gòu)示意圖，圖lb為側(cè)面結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為實施實例1的輸入電壓駐波比測量結(jié)果(實線為測量結(jié)果，虛線為 仿真結(jié)果)。圖3為實施例1的XOZ平面方向圖，4條曲線分別是2、 3、 5、 8GHz時的 測試結(jié)果。圖4為實施例1的YOZ平面方向圖，4條曲線分別是2、 3、 5、 8 GHz時的測試結(jié)果。圖5為實施例1的X0Y平面方向圖，4條曲線分別是2、 3、 5、 8GHz時的測試結(jié)果。以上的圖中有介質(zhì)基片1，下表面金屬鍍層2，上表面金屬鍍層3，天線輻射單元4，饋線部分5、含梯形阻抗變換線6、直轉(zhuǎn)角7，階梯阻抗諧振器耦合 饋線結(jié)構(gòu)8、第一組微帶線9、第二組微帶線IO、第三組微帶線ll。
具體實施方式
本發(fā)明的多阻帶特性由一個三段型階梯阻抗諧振線耦合饋線結(jié)構(gòu)實現(xiàn)，而 天線的超寬帶特性則取決于輻射單元。因此，有較多種形式的輻射單元可供選擇， 諸如矩形，三角形，圓形，半圓形等。將這些具有超寬帶特性的輻射單元與階 梯阻抗諧振器耦合饋線結(jié)構(gòu)相結(jié)合均可實現(xiàn)多阻帶超寬帶天線。阻帶的頻率可以 通過對階梯阻抗諧振器物理尺寸的調(diào)節(jié)進行改變，并且有成熟的設(shè)計公式，這就 使得設(shè)計工作大為簡化。此外，三段型階梯阻抗諧振線耦合饋線結(jié)構(gòu)可以根據(jù)設(shè) 計需要進行形狀和布局上的調(diào)整，以滿足電路小型化和緊湊布局的要求。三段型階梯阻抗諧振器耦合饋線實現(xiàn)的多阻帶超寬帶天線包括一塊介質(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 為饋線部分的地，上表面金屬鍍層3包含有天線輻射單元4、饋線5以及三段型 階梯阻抗諧振器8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分布，該形式具有超寬帶特性；饋線5采用微帶線形式，饋線5、三段型 階梯阻抗諧振器8、梯形阻抗變換線6、天線輻射單元4串聯(lián)連接，通過梯形阻 抗變換線6進行阻抗匹配；三段型階梯阻抗諧振器8的饋線部分采用了直轉(zhuǎn)角7 形式實現(xiàn)部分耦合。實施例1三段型階梯阻抗諧振器耦合饋線實現(xiàn)多阻帶超寬帶天線。天線結(jié)構(gòu)如圖1所示，尺寸單位均為mm。本實施實例的基片尺寸為46X57 XI。實測天線輸入電壓駐波比(VSWR)以及下X0Z、 Y0Z、 XOY三個平面的方向 圖結(jié)果示于圖2 圖5。權(quán)利要求
1.一種三段型階梯阻抗諧振器耦合饋線實現(xiàn)的多阻帶超寬帶天線，其特征在于該天線包括一塊介質(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)、饋線(5)以及三段型階梯阻抗諧振器(8)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)分布，該形式具有超寬帶特性；饋線(5)采用微帶線形式，饋線(5)、三段型階梯阻抗諧振器(8)、梯形阻抗變換線(6)、天線輻射單元(4)串聯(lián)連接，通過梯形阻抗變換線(6)進行阻抗匹配；三段型階梯阻抗諧振器(8)的饋線部分采用了直轉(zhuǎn)角(7)形式實現(xiàn)部分耦合。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的三段型階梯阻抗諧振器耦合饋線實現(xiàn)的多阻帶超 寬帶天線，其特征在于三段型階梯阻抗諧振器(8)包括三組微帶線即第一組微 帶線(9)、第二組微帶線(10)、第三組微帶線(11);第一組微帶線(9)、第二 組微帶線(10)、第三組微帶線(11)分別具有不同的特征阻抗和電長度，阻抗 和電長度呈現(xiàn)對稱分布的特點。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的三段型階梯阻抗諧振器耦合饋線實現(xiàn)的多阻帶超 寬帶天線，其特征在于第二組微帶線(10)為了減小天線的整體體積，采用直轉(zhuǎn) 角設(shè)計。
全文摘要
三段型階梯阻抗諧振器耦合饋線實現(xiàn)的多阻帶超寬帶天線包括一塊介質(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)、饋線(5)以及三段型階梯阻抗諧振器(8)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)分布，該形式具有超寬帶特性；饋線(5)采用微帶線形式，饋線(5)、三段型階梯阻抗諧振器(8)、梯形阻抗變換線(6)、天線輻射單元(4)串聯(lián)連接，通過梯形阻抗變換線(6)進行阻抗匹配；三段型階梯阻抗諧振器(8)的饋線部分采用了直轉(zhuǎn)角(7)形式實現(xiàn)部分耦合。
文檔編號H01Q13/08GK101252219SQ20081002037
公開日2008年8月27日 申請日期2008年3月4日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月4日
發(fā)明者周健義, 彥 張, 偉 洪, 蒯振起 申請人:東南大學(xué)