專利名稱：基于帶阻濾波器的多阻帶超寬帶圓盤天線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型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)計技術(shù)。所設(shè)計天線具有超寬帶天線工作帶寬(2GHz —9.8GHz),包含圓盤天線和分裂環(huán)諧振器(Split Ring Resonators SRRs)耦合 饋線結(jié)構(gòu)兩部分。通過多個分裂環(huán)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相級連，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。
背景技術(shù)：
隨著通信技術(shù)的高速發(fā)展，具有低復(fù)雜度、低成本、抗多徑和抗混迭等諸多優(yōu) 點的超寬帶通信系統(tǒng)得到的廣泛的研究和應(yīng)用。與此同時，工作在相同頻率的各通 信系統(tǒng)間的干擾問題也越發(fā)明顯。例如，在超寬帶通信系統(tǒng)工作的頻帶中(例如美 國FCC認(rèn)定的UWB頻帶為3. lGHz-10. 6GHz)，就存在特定頻率的干擾信號問題—— 無限局域網(wǎng)WLAN的5.8GHz頻帶信號。如果超寬帶系統(tǒng)工作頻帶更寬，例如從2GHz 一10GHz，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。為了避免這些頻點信號的干 擾，可以通過添加相應(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，不滿足超寬帶特性。 因此，設(shè)計一種具有多阻帶，超寬帶工作帶寬的天饋線成為亟待解決的問題。另一方面，分裂環(huán)諧振器(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)，可以平面化實現(xiàn)的特點。因此，可以用于小型化阻帶濾波器的設(shè)計。
發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題本實用新型的目的是提出1種基于帶阻濾波器的多阻帶超寬帶圓盤 天線，該天線不僅具有超寬帶特性，而且對于多個頻點的千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)方案本實用新型的超寬帶天線包含圓盤天線和分裂環(huán)諧振器耦合微帶結(jié) 構(gòu)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)。分裂環(huán)諧振器耦合微帶 線結(jié)構(gòu)，可以產(chǎn)生特定頻點的阻帶。通過添加多個不同尺寸的分裂環(huán)諧振器，從而 產(chǎn)生多個阻帶，構(gòu)成具有多阻帶特性的單片天饋線結(jié)構(gòu)。
分裂環(huán)諧振器耦合饋線實現(xiàn)的多阻帶超寬帶天線包含圓盤天線和分裂環(huán)諧振 器耦合結(jié)構(gòu)兩部分，通過印刷電路板技術(shù)在微波介質(zhì)基片上實現(xiàn)，該天線由一塊介 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、饋線以及分裂環(huán)諧振器幾部 分；其中，天線輻射單元采用圓盤天線形式，圓盤天線背后無金屬地；饋線部分采 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行阻抗匹配連 接；分裂環(huán)諧振器與饋線耦合結(jié)構(gòu)包含有三對諧振器即第一諧振器、第二諧振器、 第三諧振器，對稱分布于饋線兩側(cè)，每個諧振器由內(nèi)外兩個分裂環(huán)構(gòu)成，內(nèi)環(huán)的開 口方向遠離饋線，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)。
可供選擇的有矩形，三角形，橢圓形，半圓形以及其他具有超寬帶特性的輻射 單元形式。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)需要進行彎曲設(shè)計。共同構(gòu)成具有左手特性的諧振 結(jié)構(gòu)。
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，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通過改變分裂環(huán)諧振器的尺寸自由調(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合的應(yīng)用。
3. 分裂環(huán)諧振器具有左手結(jié)構(gòu)特性，為子波長諧振器，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，全部利用印刷電路板(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為基于帶阻濾波器的多阻帶超寬帶圓盤天線暨實施例1結(jié)構(gòu)示意圖，其中
左正面，中側(cè)面，右分裂環(huán)諧振器耦合微帶線結(jié)構(gòu)；圖中mm為標(biāo)注長度 單位，
圖2為實施實例1的反射系數(shù)測量結(jié)果，
圖3為實施實例1的輸入電壓駐波比測量結(jié)果，
圖4為實施例1的X0Z平面方向圖，4條曲線分別是2、 3、 5、 8GHz時的測試 結(jié)果，
圖5為實施例1的YOZ平面方向圖，4條曲線分別是2、 3、 5、 8GHz時的測試 結(jié)果，
圖6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l，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，梯形阻抗變換線6，分裂環(huán)諧振器與饋線耦合結(jié)構(gòu)7，第一諧 振器8 (含內(nèi)環(huán)8a，外環(huán)8b)、第二諧振器9、第三諧振器IO。
具體實施方式
本實用新型的基于帶阻濾波器的多阻帶超寬帶圓盤天線的多阻帶特性由分裂 環(huán)諧振器耦合饋線結(jié)構(gòu)實現(xiàn)，超寬帶特性由輻射單元決定。因此，所選用的天線輻射單元形式不僅限于圓盤單元形式，可供選擇的有矩形，三角形，橢圓形，半圓形 以及其他具有超寬帶特性的輻射單元形式。將這些形式的超寬帶天線與分裂環(huán)諧振 器耦合饋線結(jié)構(gòu)相結(jié)合均可實現(xiàn)多阻帶特性。
天線的分裂環(huán)諧振器耦合饋線結(jié)構(gòu)可以根據(jù)需要進行調(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)需要進行彎曲設(shè)計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諧振頻率進行調(diào)節(jié)，進而可以對阻帶頻率 控制。因此，通過添加更多不同尺寸的分裂環(huán)諧振器可以實現(xiàn)更多阻帶的超寬帶天 線。分裂環(huán)諧振器耦合饋線實現(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 饋線部分的地，上表面金屬鍍層3包含有天線輻射單元，饋線以及分裂環(huán)諧振器幾 部分。其中，天線輻射單元4采用圓盤形式，該種形式具有超寬帶特性，圓盤背后 無金屬地2。饋線部分5采用微帶線形式，饋線與輻射單元之間通過梯形阻抗變換 線6進行阻抗匹配連接。分裂環(huán)諧振器與饋線耦合結(jié)構(gòu)7包含有三對諧振器即第一 諧振器8、第二諧振器9、第三諧振器IO，對稱分布于饋線兩側(cè)。每個諧振器由內(nèi) 外兩個分裂環(huán)構(gòu)成。以諧振器組8中的一個為例，由內(nèi)環(huán)8a和外環(huán)8b構(gòu)成，其中 8a的開口方向遠離饋線，而8b的開口方向靠近饋線。8a和8b共同構(gòu)成具有左手 特性的諧振結(jié)構(gòu)，該諧振結(jié)構(gòu)具有很小的體積。第一諧振器8、第二諧振器9、第 三諧振器10均含有兩個諧振器，他們具有相似結(jié)構(gòu)，僅尺寸不同，分別用于產(chǎn)生 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。
實施例l基于帶阻濾波器的多阻帶超寬帶圓盤天線。
天線結(jié)構(gòu)如圖1所示，尺寸單位均為咖。本實施實例的基片尺寸為47X78X1。 實測天線反射系數(shù)，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6。
權(quán)利要求1.一種基于帶阻濾波器的多阻帶超寬帶圓盤天線，其特征在于該天線包含圓盤天線和分裂環(huán)諧振器耦合結(jié)構(gòu)兩部分，通過印刷電路板技術(shù)在微波介質(zhì)基片上實現(xiàn)，該天線由一塊介質(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)、饋線以及分裂環(huán)諧振器幾部分；其中，天線輻射單元(4)采用圓盤天線形式，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)進行阻抗匹配連接；分裂環(huán)諧振器與饋線耦合結(jié)構(gòu)(7)包含有三對諧振器即第一諧振器(8)、第二諧振器(9)、第三諧振器(10)，對稱分布于饋線兩側(cè)，每個諧振器由內(nèi)外兩個分裂環(huán)構(gòu)成，內(nèi)環(huán)的開口方向遠離饋線，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所述的基于帶阻濾波器的多阻帶超寬帶圓盤天線，其特征 在于可供選擇的有矩形，三角形，橢圓形，半圓形以及其他具有超寬帶特性的輻射 單元形式。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于帶阻濾波器的多阻帶超寬帶圓盤天線，其特征 在分裂環(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)需要進行彎曲設(shè)計。
專利摘要基于帶阻濾波器的多阻帶超寬帶圓盤天線包含圓盤天線和分裂環(huán)諧振器耦合結(jié)構(gòu)兩部分，通過印刷電路板技術(shù)在微波介質(zhì)基片上實現(xiàn)，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)、饋線以及分裂環(huán)諧振器幾部分；其中，天線輻射單元(4)采用圓盤天線形式，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)進行阻抗匹配連接；分裂環(huán)諧振器與饋線耦合結(jié)構(gòu)(7)包含有三對諧振器即第一諧振器(8)、第二諧振器(9)、第三諧振器(10)，對稱分布于饋線兩側(cè)，每個諧振器由內(nèi)外兩個分裂環(huán)構(gòu)成，內(nèi)環(huán)的開口方向遠離饋線，外環(huán)的開口方向靠近饋線。
文檔編號H01Q1/38GK201167133SQ20082003124
公開日2008年12月17日 申請日期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 申請人:東南大學(xué)