專利名稱：具有雙阻帶功能的小型化超寬帶天線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的天線可有效地解決超寬帶通信系統(tǒng)受其它現(xiàn)有窄帶通信系統(tǒng)信號(hào)干 擾的問(wèn)題，特別涉及一種具有雙阻帶特性的超寬帶天線，屬于通信技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
超寬帶通信(U冊(cè))是近年來(lái)在通信領(lǐng)域興起的一種無(wú)線互連技術(shù)，用于在10m 以內(nèi)的近距離范圍實(shí)現(xiàn)無(wú)線傳輸，具有高數(shù)據(jù)率、低功耗、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單和價(jià)格低廉 等特點(diǎn)。美國(guó)通信委員會(huì)(Federal Communications Commission, FCC)在2002 年分配了3.1GHz-10. 6GHz頻段作為UWB系統(tǒng)可使用的頻段。UWB的特點(diǎn)和迅速發(fā)展使得UWB天線的設(shè)計(jì)成為天線領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)，對(duì)于U冊(cè) 天線的要求主要包括在超寬頻帶內(nèi)(3. lGHz—10. 6GHz)良好的阻抗匹配(VSWR〈2)、 穩(wěn)定的增益和良好的全向輻射特性，并且要求天線小型化以及制造成本低廉。同 時(shí)，由于天線工作在如此寬的頻帶內(nèi)，天線有可能接收到同一環(huán)境中在此頻段內(nèi) 工作的來(lái)自其它通信或射頻系統(tǒng)的千擾信號(hào)，比如無(wú)線局域網(wǎng)(WLAN)工作在5. 2 GHz (5150-5350 MHz) ， 5. 8 GHz (5725-5825 MHz)處，微波存取全球互通(WiMAX) 工作在3. 5 GHz (3400-3690 MHz)和5. 8 GHz (5250-5825 MHz)處，其它還有工作 在C波段(3700-4200MHz)的衛(wèi)星通信系統(tǒng)等，它們都將對(duì)超寬帶工作系統(tǒng)構(gòu)成干 擾。因此，設(shè)計(jì)一種具有阻帶功能的超寬帶天線，用來(lái)濾除其它窄帶信號(hào)的干擾， 是非常有必要和實(shí)際的。較常用的方法是在天線后端添加濾波器或者設(shè)計(jì)多個(gè)工 作在不同頻帶的天線相互形成阻帶以達(dá)到濾除干擾頻段信號(hào)的功能，但這增加了 天線的體積和成本；另一種方法通過(guò)在天線的輻射單元上加載V或U形縫隙以改變 輻射單元表面的電流分布以達(dá)到帶阻的功能，但這通常只能提供一個(gè)阻帶，不能 徹底濾除潛在的干擾。發(fā)明內(nèi)容技術(shù)問(wèn)題本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷和不足，提出一種具有雙阻帶功能的小型化超寬帶天線，該天線除了可以工作在超寬頻帶(3.1GHz-10.6GHz) 外，通過(guò)調(diào)整天線的參數(shù)，該天線還可以按照要求濾除不必要的兩個(gè)窄帶信號(hào)的 干擾，同時(shí)，該超寬帶天線具有相對(duì)體積小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于共性，加工成本低 的優(yōu)點(diǎn)。技術(shù)方案本發(fā)明的具有雙阻帶功能的超寬帶天線包括介質(zhì)基板和位于介質(zhì) 基板(11)兩面的金屬層，介質(zhì)基板的一面附著作為輻射單元和微帶饋線的金屬 層，另一面附著作為地板的金屬層，輻射單元為一半圓形金屬片，微帶饋線與輻 射單元相連；地板采用與輻射單元相同且對(duì)稱的外形，且位于微帶饋線的背面； 在輻射單元上設(shè)有有圓弧形縫隙，在地板上刻蝕U形縫隙。在地板上的U形縫隙位于微帶饋線正背面且與微帶饋線構(gòu)成缺陷地結(jié)構(gòu)DGS，提供天線的另一個(gè)阻帶。 在工作頻帶3. 1GHz-10. 6GHz內(nèi)存在兩個(gè)不同的阻帶，且阻帶的諧振頻率可以通過(guò) 改變弧形縫隙的長(zhǎng)度調(diào)節(jié)。有益效果本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)1該天線可以提供兩個(gè)阻帶，因此可以充分抑制潛在的信號(hào)干擾，同時(shí)，阻帶 的諧振頻率是可控的，能適用于各種具體的要求。2該天線使用兩種不同的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)兩個(gè)不同的阻帶，兩個(gè)阻帶之間相互獨(dú) 立，改變其中一個(gè)阻帶并不影響另一個(gè)阻帶的特性。3該天線使用U形缺陷地結(jié)構(gòu)(DGS)來(lái)產(chǎn)生一個(gè)阻帶，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，阻帶帶 寬窄的優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)整個(gè)天線體積較小(30mmX26mmX0.8mra)，并且采用平面結(jié)構(gòu)， 適合與其它電路進(jìn)行集成。


圖l表示本發(fā)明實(shí)施例的正面結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2表示本發(fā)明實(shí)施例的背面結(jié)構(gòu)示意圖；圖3表示本發(fā)明實(shí)施例的輸入駐波比仿真和測(cè)試結(jié)果；圖4-a表示本發(fā)明實(shí)施例E面輻射方向圖的測(cè)試結(jié)果；圖4-b表示本發(fā)明實(shí)施例H面輻射方向圖的測(cè)試結(jié)果；圖5表示本發(fā)明實(shí)施例增益的測(cè)試結(jié)果。
具體實(shí)施方式
所述天線包括介質(zhì)基板和印刷在介質(zhì)基板兩面的平面金屬，其中一面附著有作 為輻射單元和微帶饋線的金屬層，而另一面附著有作為地板的金屬層。在輻射單元金屬層上刻蝕一段圓弧形縫隙，而在另一面的地板金屬層中心刻蝕u形缺陷地結(jié)構(gòu)(DGS)。輻射單元和微帶線相連，微帶線末端接SMA頭以方便和其他系統(tǒng)連接。 天線的輻射單元由兩個(gè)四分之一圓和一段矩形組成，為了實(shí)現(xiàn)超寬帶，該天線的地板采用和輻射單元相同且對(duì)稱的結(jié)構(gòu)，這種漸變的對(duì)稱結(jié)構(gòu)保證了該天線可以工作在FCC所規(guī)定的超寬帶頻段并且擁有較小的體積。微帶線饋電的方式使得該天線可以方便的與其他射頻電路集成。 輻射單元金屬上刻蝕的圓弧形縫隙可以提供一個(gè)阻帶，通過(guò)改變弧形縫隙的長(zhǎng)度，可以調(diào)整阻帶的諧振頻率。地板中心的U形缺陷地結(jié)構(gòu)(DGS)可以提供另一個(gè)阻帶。該U形缺陷地(DGS)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，品質(zhì)因數(shù)高特點(diǎn)，利用它可以產(chǎn)生較窄的阻帶。下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)、功能、特征進(jìn)一步說(shuō)明。圖l、圖2、分別是本發(fā)明實(shí)施例的正面、反面幾何結(jié)構(gòu)示意圖。參見(jiàn)圖l，該 天線是一微帶饋電的單極子天線，輻射單元12是附著在介質(zhì)基板11頂面的由一塊 矩形和兩塊四分之一圓組成的金屬片。介質(zhì)基板11的材料是常用的FR4介質(zhì)基板， 相對(duì)介電常數(shù)為4.4。輻射單元12的邊緣與一段微帶饋線13連接，通過(guò)此微帶饋線 外接信號(hào)源作為輸入。在圖2中，介質(zhì)基板的底面附著有作為地板22的半圓形金屬， 該金屬地板22和頂面的輻射單元結(jié)構(gòu)完全相同且對(duì)稱分布，調(diào)整它們之間的距離 可以使天線達(dá)到阻抗匹配。如圖1所示，在輻射單元金屬層上刻蝕出一段弧形縫隙14，該弧形縫隙可以切 斷輻射單元表面的電流分布，從而起到阻止某一頻段信號(hào)通過(guò)的作用，通過(guò)調(diào)整 弧形縫隙14的總長(zhǎng)度，可以方便的改變阻帶的諧振頻率。本實(shí)例中為了避免同一 環(huán)境中某一工作在3. 5GHz-4. 25GHz的信號(hào)干擾，細(xì)槽14長(zhǎng)度選擇為26mm。圖2中，在地板金屬層上刻蝕出一個(gè)U形縫隙22，由于縫隙刻蝕在地板上，和位 于它正上方的微帶饋線一起構(gòu)成缺陷地結(jié)構(gòu)(DGS)，和頂面的弧形縫隙類似，缺 陷地結(jié)構(gòu)(DGS)也具有阻斷某一頻率信號(hào)的能力。調(diào)整缺陷地結(jié)構(gòu)(DGS)的參 數(shù)，如調(diào)整長(zhǎng)度可以改變阻帶的諧振頻率，調(diào)整寬度可以改變阻帶帶寬。本實(shí)例 中為了避免同一環(huán)境中某一工作在5. 5GHz-6. 05GHz的信號(hào)干擾，缺陷地結(jié)構(gòu)(DGS) 的長(zhǎng)度選擇為7. 8mm。圖3是上述超寬帶天線單元的輸入電壓駐波比(VSWR)的仿真和測(cè)量結(jié)果,其中 橫坐標(biāo)代表頻率變量，單位為GHz;縱坐標(biāo)代表幅度變量。從中可以看到天線在兩 個(gè)窄帶3. 5GHz-4. 25GHz和5. 5GHz-6. 05GHz內(nèi)的電壓駐波比基本超過(guò)5，而在 3.1-10. 6GHz的其他頻帶內(nèi)電壓駐波比均小于2，這表明該天線可以濾除兩個(gè)潛在 窄帶信號(hào)的干擾同時(shí)在其他頻段又可以正常的工作。圖4是上述天線的輻射方向圖特性，其中極坐標(biāo)的角度變化代表該平面的角度 變化，單位為度，幅度變化的單位為dB。圖4-a是天線在不同頻率時(shí)E面的方向圖， 圖4-b是不同頻率時(shí)H面的方向圖，可以看出，天線方向圖在H平面近似圓形，具有 良好的全向輻射特性。如圖5所示，上述天線的增益在兩個(gè)窄帶3. 5GHz-4. 25GHz和5. 5GHz-6. 05GHz內(nèi) 快速下降，也說(shuō)明天線可以濾除兩個(gè)窄帶信號(hào)。
權(quán)利要求
1.一種具有雙阻帶功能的超寬帶天線，包括介質(zhì)基板(11)和位于介質(zhì)基板(11)兩面的金屬層，其特征在于介質(zhì)基板(11)的一面附著作為輻射單元(12)和微帶饋線(13)的金屬層，另一面附著作為地板(21)的金屬層，輻射單元(12)為一半圓形金屬片，微帶饋線(13)與輻射單元(12)相連；地板(21)采用與輻射單元(12)相同且對(duì)稱的外形，且位于微帶饋線(13)的背面；在輻射單元(12)上設(shè)有有圓弧形縫隙(14)，在地板(21)上刻蝕U形縫隙(22)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的具有雙阻帶功能的超寬帶天線，其特征在于在地 板(21)上的U形縫隙(22)位于微帶饋線(13)正背面且與微帶饋線(13)構(gòu) 成缺陷地結(jié)構(gòu)DGS，提供天線的另一個(gè)阻帶。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的具有雙阻帶功能的超寬帶天線，其特征在于在工 作頻帶3. 1GHz-10. 6GHz內(nèi)存在兩個(gè)不同的阻帶，且阻帶的諧振頻率可以通過(guò)改變 弧形縫隙的長(zhǎng)度調(diào)節(jié)。
全文摘要
具有雙阻帶功能的超寬帶天線可有效地解決超寬帶通信系統(tǒng)受其它現(xiàn)有窄帶通信系統(tǒng)信號(hào)干擾的問(wèn)題，介質(zhì)基板(11)的一面附著作為輻射單元(12)和微帶饋線(13)的金屬層，另一面附著作為地板(21)的金屬層，輻射單元(12)為一半圓形金屬片，微帶饋線(13)與輻射單元(12)相連；地板(21)采用與輻射單元(12)相同且對(duì)稱的外形，且位于微帶饋線(13)的背面；在輻射單元(12)上設(shè)有圓弧形縫隙(14)，在地板(21)上刻蝕U形縫隙(22)。本發(fā)明在一定的工作頻率范圍內(nèi)(3.1GHz-10.6GHz)可以實(shí)現(xiàn)雙阻帶功能，從而可以濾除其他潛在的窄帶系統(tǒng)對(duì)于超寬帶系統(tǒng)的干擾。
文檔編號(hào)H01Q1/38GK101246992SQ200810024480
公開(kāi)日2008年8月20日 申請(qǐng)日期2008年3月21日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月21日
發(fā)明者徐金平, 康 殷, 趙亞輝 申請(qǐng)人:東南大學(xué)