專利名稱：新型阻帶縫隙超寬帶天線的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及超寬帶(UWB)天線，尤其涉及一種新型的阻帶縫隙UWB天線。
背景技術：
超寬帶(UWB)技術始于20世紀60年代興起的脈沖通信技術，利用頻譜極寬的超 短脈沖進行通信，又稱為基帶通信、無載波通信，主要用于軍用雷達、定位和通信系統(tǒng)中。 2002年2月，美國聯(lián)邦通信委員會(FCC)向超寬帶通信開放了 3. lGHz-10. 6GHz頻段，并批 準了 UWB技術用于民用；隨后，日本于2006年8月開放了超寬帶頻段。由于UWB技術具有 傳輸速率高(1Gbit/s)、抗多徑能力強、功耗低、成本低、穿透能力強、低截獲概率、與現(xiàn)有其 他無線通信系統(tǒng)共享頻譜等特點，現(xiàn)在已經(jīng)成為無線個人局域網(wǎng)(WPAN)的首選技術。天線 作為無線通信系統(tǒng)的"耳目"，是超寬帶無線通信系統(tǒng)中不可缺少的重要組成部分。作為超 寬帶技術關鍵的超寬帶天線，是制約超寬帶無線通信信道容量與質(zhì)量的重要因素。個人室 內(nèi)局域網(wǎng)低耗高速的數(shù)字通信將是其UWB無線技術的主要應用，其對UWB天線的設計要求 包括阻抗超寬帶、方向圖超寬帶和增益超寬帶，并且要求實現(xiàn)天線的小型化設計。另一方 面，在超寬帶系統(tǒng)指定的頻段內(nèi)覆蓋了 5. 15-5. 825GHz的無線局域網(wǎng)(WLAN)和3. 3-3. 6GHz 的微波存取全球互通(WiMAX)等窄帶系統(tǒng)通信頻段，為了抑制超寬帶系統(tǒng)與窄帶系統(tǒng)間潛 在的干擾，通常需要在超寬帶系統(tǒng)內(nèi)引入帶阻濾波器濾除窄頻帶，然而，這勢必增大系統(tǒng)的 復雜度和成本。 一種簡單而有效的方法就是使超寬帶天線在窄帶的頻段內(nèi)呈現(xiàn)較大的反射 系數(shù)，即在超寬帶天線上引入陷波功能，實現(xiàn)在窄帶頻帶內(nèi)的帶阻特性。通過引入縫隙陷波 結(jié)構(gòu)，能實現(xiàn)UWB天線的濾波功能。對于各種平面單極子UWB天線，在輻射單極子上開一開 路或短路窄帶縫隙，或在地板上開一開路或短路的細縫，在縫隙的基本諧振模式的頻率時， 電流主要集中在縫隙周圍，能量輻射不出去，從而實現(xiàn)了濾波特性。對于微帶饋線的單極子 UWB天線，還可以在微帶饋線邊上引入半波長的微帶諧振器來實現(xiàn)陷波功能，其濾波的原理 和上述引入縫隙濾波的原理相似。對于縫隙UWB天線，可以通過在微帶饋線上開一細縫，或 在縫隙中加入微帶線來實現(xiàn)陷波特性。例如專利名稱為具有帶阻特性的超寬帶天線(專 利號200680013917. 9)，提出了一種具有單個陷波特性，應用于超寬帶(UWB)通信的天線。 該天線由帶有枝節(jié)的橢圓單極子組成，并由微帶線饋電。橢圓單極子能在3-10.6GHz頻段 內(nèi)產(chǎn)生多諧振，這些諧振頻率組合在一起，就實現(xiàn)了超寬帶特性。同時在橢圓單極子上開了 一U形縫隙，該縫隙在3. 1-10. 6GHz頻段內(nèi)產(chǎn)生一諧振頻率，相當于在超寬帶天線上并聯(lián)了 一個一階的帶阻濾波器，從而產(chǎn)生陷波特性。又如專利名稱為分裂環(huán)諧振器耦合饋線實 現(xiàn)的多阻帶超寬帶天線(專利號200810019273. 5)，提供了一種用于具有多阻帶的超寬帶 天線，由微帶饋電的圓形單極子天線構(gòu)成UWB天線，應用圓形單極子的多諧振特性產(chǎn)生超
寬帶。由分布在微帶饋線兩邊的諧振環(huán)實現(xiàn)線波功能。再如專利名稱為基于非對稱剌狀
線的改進阻帶超寬帶天線(專利號200810019785. 1)，提供了一種改進阻帶超寬帶天線， 天線的輻射單元為一微帶饋電的C形單極子，由C形單極子產(chǎn)生超寬帶特性。由微帶饋線 上開的兩條1/4波長的諧振細縫隙產(chǎn)生阻帶特性。上述天線所用的陷波結(jié)構(gòu)，實際上相當于在天線上加入了一階的帶阻濾波器，實現(xiàn)的濾波性能較差，陷波的陡度不夠，帶寬較窄， 達不到實際應用的濾波效果。同時，大部分的UWB天線的尺寸大于25X25mm，尺寸較大，不 利于應用在小型化的通信終端中。所以開發(fā)研制具有良好濾波特性的UWB天線是適應超寬 帶通信發(fā)展之急需。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的是提供一種具有陷波結(jié)構(gòu)，阻帶更陡峭，濾波性能更好，體積更 小的改進阻帶縫隙超寬帶天線，該天線通過在現(xiàn)有的縫隙超寬帶天線中引入一種新型的組 合陷波結(jié)構(gòu)，解決了現(xiàn)有同類型的天線產(chǎn)生的阻帶不陡峭的問題，使天線的濾波性能大大 提高，同時又實現(xiàn)了天線的小型化設計。 為實現(xiàn)本實用新型的目的采用如下的技術方案一種新型阻帶縫隙超寬帶天線， 其特征是，包括矩形介質(zhì)板和位于矩形介質(zhì)板兩面的金屬印刷天線；在矩形介質(zhì)板的正 面開設第一條縫隙作為輻射單元，所述第一條縫隙為閉合的曲線，第一條縫隙的周長為 85 95mm ;位于矩形介質(zhì)板背面的T形微帶饋線作為饋電單元，所述T形微帶饋線上方平 臺饋線所處的位置對應到矩形介質(zhì)板的正面，處于第一條縫隙圈定范圍內(nèi)的中下部；所述 T形微帶饋線上方的平臺饋線開有總長度為對應諧振頻率波長1/2的半閉合的第二條縫 隙；所述第一條縫隙與所述T形微帶饋線之間設置有一條總長度為對應諧振頻率1個波長 的半閉合微帶線，所述微帶線緊靠第一條縫隙的中上部，且開口朝下包圍T形微帶饋線。 為了更好地實現(xiàn)本實用新型，所述T形微帶饋線是指具有漸變結(jié)構(gòu)的T形微帶饋 線。 所述第一條縫隙為圓形、橢圓形或者多邊形縫隙。所述第一條縫隙為多邊形縫 隙是優(yōu)選方案，因為多邊形縫隙天線具有更多的設計參數(shù)，可便于調(diào)整以實現(xiàn)天線的阻抗 匹配，因此，可以通過調(diào)整參數(shù)來減小天線的尺寸，達到比同類型的縫隙天線尺寸更小的目 的。 所述第二條縫隙是指開口向下的C形縫隙；所述C形縫隙位于T形微帶饋線上方 平臺饋線的邊緣。 所述設置在第一條縫隙與所述T形微帶饋線之間的微帶線是指倒U形的微帶線。 本實用新型的工作原理是 1、實現(xiàn)超寬帶的原理為 由于第一縫隙的多諧振特性，且其周長約為3. 5GHz所對應的一個波長，因此，該 縫隙天線能在3. 1 10. 6GHz頻段產(chǎn)生多個諧振頻率，調(diào)節(jié)第一縫隙或T形微帶饋線的尺 寸，使這些諧振頻率組合在一起，就產(chǎn)生了超寬帶特性，使天線的帶寬能覆蓋UWB的整個通 信頻段。 2、實現(xiàn)陷波原理為 C形縫隙和倒U形微帶線分別能產(chǎn)生一個基本的諧振頻率，從而能分別產(chǎn)生單個 窄帶陷波。當這兩諧振頻率組合在一起時，相當于一兩階帶阻濾波器，能產(chǎn)生陡峭的陷波特 性，提高了天線的濾波性能。 與現(xiàn)有的技術相比，本實用新型具有如下優(yōu)點及有益效果 1.現(xiàn)有的陷波UWB天線的濾波效果差，而本實用新型通過引入組合的陷波結(jié)構(gòu)，使陷波的陡度更大，濾波效果更好。 2.本實用新型提出的多邊形縫隙天線結(jié)構(gòu)，能延長電流的諧振路徑，而且由于多 邊形縫隙天線具有更多的設計參數(shù)，可便于調(diào)整以實現(xiàn)天線的阻抗匹配，因此，可以通過調(diào) 整參數(shù)來減小天線的尺寸，達到比同類型的縫隙天線尺寸更小的目的。

圖1是本實用新型新型阻帶縫隙超寬帶天線的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是本實用新型去掉陷波結(jié)構(gòu)時測得的回波損耗仿真曲線； 圖3是本實用新型測得的回波損耗仿真曲線； 圖4a是本實用新型在E面的方向圖； 圖4b是本實用新型在H面的方向圖； 圖5是本實用新型的增益仿真曲線圖。
具體實施方式下面結(jié)合實施例及附圖對本實用新型作進一步詳細的描述。 實施例 本實用新型新型阻帶縫隙超寬帶天線的結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括矩形介質(zhì)板1和 位于矩形介質(zhì)板1兩面的金屬印刷天線；在矩形介質(zhì)板1的正面開有呈多邊形的第一條縫 隙2，第一條縫隙2為閉合的曲線，第一條縫隙2的周長為90mm，多邊形縫隙2是天線的輻 射單元；位于矩形介質(zhì)板1背面、具有漸變結(jié)構(gòu)的T形微帶饋線3作為天線的饋電單元，T 形微帶饋線3上方平臺饋線所處的位置對應到矩形介質(zhì)板1的正面，正處于第一條縫隙2 圈定范圍內(nèi)的中下部，上述輻射單元2和饋電單元3組成了多邊形縫隙天線，調(diào)節(jié)多邊形縫 隙2或T形微帶饋線3的尺寸，使這些諧振頻率組合在一起，就產(chǎn)生了超寬帶特性，測得此 時天線的回波損耗仿真曲線如圖2所示，可見該多邊形縫隙天線能在3. 1 10. 6GHz頻段 產(chǎn)生多個諧振頻率，產(chǎn)生超寬帶特性，天線的帶寬能覆蓋UWB的整個通信頻段；在T形微帶 饋線3上方的平臺開設第二條縫隙4，第二條縫隙4為開口向下的C形縫隙，C形縫隙位于 T形微帶饋線3上方平臺饋線的邊緣(這時產(chǎn)生的陷波更陡峭)，其總長度約為對應諧振頻 率5. 3GHz波長的1/2 ;在多邊形縫隙2與T形微帶饋線3之間的區(qū)域雕刻一條總長度約為 對應諧振頻率5. 6GHzl個波長的倒U形微帶線5，微帶線5緊靠第一條縫隙的中上部，且開 口朝下包圍T形微帶饋線3。這樣就在該天線引入了 C形縫隙和U形微帶線的組合陷波結(jié) 構(gòu)。由于C形縫隙和U形微帶線分別能在5.3GHz和5.6GHz產(chǎn)生一個基本的諧振頻率。當 這兩諧振頻率組合在一起時，相當于一兩階帶阻濾波器，能產(chǎn)生陡峭的陷波特性，提高了天 線的濾波性能。此時測得的回波損耗仿真曲線如圖3所示，可見在5-6GHz頻段產(chǎn)生了陷波 特性，且阻帶很陡峭，具有良好的濾波特性。測得的E面、H面的方向圖如圖4a和圖4b所 示，增益仿真曲線圖如圖5所示。 本實用新型并不僅限于上述給出的實施方案，本領域技術人員在本實用新型的構(gòu) 思下，可作出不同的變形，例如輻射縫隙單元可以有多種形狀，比如圓形、橢圓形、菱形、矩 形等(只要滿足了 C形槽和U形微帶的總長度要求，其具體形狀可以是多樣的)，任何未背 離本實用新型的精神實質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應為等效的置換方式，都包含在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求一種新型阻帶縫隙超寬帶天線，其特征是，包括矩形介質(zhì)板和位于矩形介質(zhì)板兩面的金屬印刷天線；在矩形介質(zhì)板的正面開設第一條縫隙作為輻射單元，所述第一條縫隙為閉合的曲線，第一條縫隙的周長為85～95mm；位于矩形介質(zhì)板背面的T形微帶饋線作為饋電單元，所述T形微帶饋線上方平臺饋線所處的位置對應到矩形介質(zhì)板的正面，處于第一條縫隙圈定范圍內(nèi)的中下部；所述T形微帶饋線上方的平臺饋線開有總長度為對應諧振頻率波長1/2的半閉合的第二條縫隙；所述第一條縫隙與所述T形微帶饋線之間設置有一條總長度為對應諧振頻率1個波長的半閉合微帶線，所述微帶線緊靠第一條縫隙的中上部，且開口朝下包圍T形微帶饋線。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型阻帶縫隙超寬帶天線，其特征是，所述T形微帶饋線是指 具有漸變結(jié)構(gòu)的T形微帶饋線。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型阻帶縫隙超寬帶天線，其特征是，所述第一條縫隙為圓 形、橢圓形或者多邊形縫隙。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的新型阻帶縫隙超寬帶天線，其特征是，所述第一條縫隙為多 邊形縫隙。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型阻帶縫隙超寬帶天線，其特征是，所述第二條縫隙是指 開口向下的C形縫隙；所述C形縫隙位于T形微帶饋線上方平臺饋線的邊緣。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型阻帶縫隙超寬帶天線，其特征是，所述設置在第一條縫 隙與所述T形微帶饋線之間的微帶線是指倒U形的微帶線。
專利摘要本實用新型公開了一種新型阻帶縫隙UWB天線，天線包括多變邊形縫隙天線和組合的陷波結(jié)構(gòu)，即在作為饋電單元的T形微帶饋線上開一C形縫隙和在多邊形縫隙中加入微帶線，以產(chǎn)生組合的陷波。多邊形縫隙天線能產(chǎn)生超寬帶特性，采用雙頻諧振陷波結(jié)構(gòu)，類似于二階濾波器，能實現(xiàn)更陡峭的阻帶。與現(xiàn)有技術相比，本實用新型的帶阻超寬帶天線可以實現(xiàn)良好的濾波特性，具有尺寸小，成本低的優(yōu)點。
文檔編號H01Q13/08GK201515016SQ20092026890
公開日2010年6月23日 申請日期2009年10月16日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月16日
發(fā)明者葉亮華, 褚慶昕 申請人:華南理工大學