專利名稱：利用階梯阻抗諧振器三頻特性實現(xiàn)抗多頻干擾超寬帶天線的制作方法
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 Impedance 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。這些通信業(yè)務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. lGHz-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)問題本實用新型的目的是提出一種采用平面印刷電路工藝實現(xiàn)的利用 階梯阻抗諧振器三頻特性實現(xiàn)抗多頻干擾的超寬帶天線，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。
本實用新型采用如下技術(shù)方案
本實用新型的利用階梯阻抗諧振器三頻特性實現(xiàn)抗多頻千擾的超寬帶天線，
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。
有益效果本實用新型具有如下優(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)多阻帶超寬帶天線正面結(jié)構(gòu)示 意圖，圖2為側(cè)面結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3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4為實施例1的X0Z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l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1，下表面金屬鍍層2,上表面金屬鍍層3，天線 輻射單元4，餓線部分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
本實用新型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的饋線部分釆用了直轉(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l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1.一種利用階梯阻抗諧振器三頻特性實現(xiàn)抗多頻干擾超寬帶天線，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所述的利用階梯阻抗諧振器三頻特性實現(xiàn)抗多頻干擾超 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所述的利用階梯阻抗諧振器三頻特性實現(xiàn)抗多頻干擾超 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。
專利摘要利用階梯阻抗諧振器三頻特性實現(xiàn)抗多頻干擾的超寬帶天線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耦合饋線結(jié)構(gòu)兩部分，具有超寬帶天線工作帶寬(1.7GHz-9.6GHz)。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；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。
文檔編號H01Q13/08GK201188455SQ20082003192
公開日2009年1月28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