專利名稱：一種小型化平面超寬帶天線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種超寬帶天線。
背景技術(shù)：
由于超寬帶(Ultra Wide Band, UffB)技術(shù)具有I、抗干擾性能強；2、傳輸速率高，3、帶寬極寬；4、頻譜利用率高，系統(tǒng)容量大；5、發(fā)射功率低；6、保密性好等一系列優(yōu)點， 它在高速、近距離無線個人通信領(lǐng)域具有其它無線通信技術(shù)不可比擬的優(yōu)勢。因此，目前世界各國對UWB技術(shù)理論研究與應(yīng)用開發(fā)投入遠大于現(xiàn)有的近距離主流通信技術(shù)(藍牙技術(shù))。隨著超寬帶(UWB)技術(shù)的日漸成熟，專家預(yù)言，在不久的將來，UffB將是數(shù)字家庭無線組網(wǎng)和其他在小范圍內(nèi)實現(xiàn)短距離視頻、音頻和寬帶數(shù)據(jù)流高速傳輸、無線替代有線連接的首選技術(shù)。天線是無線通信系統(tǒng)中的重要組成部分，其性能直接影響無線通信系統(tǒng)性能的優(yōu)劣。作為超寬帶通信技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)之一，UWB天線也成為近年來天線領(lǐng)域研究的熱點。超寬帶天線，顧名思義就是帶寬非常寬的天線，這種說法其實是在頻域的對天線帶寬的定義， 是就某個參數(shù)而言，天線的性能符合規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)的頻率范圍。在此范圍內(nèi)天線的特性如輸入阻抗、效率、波瓣指向、波瓣寬度、方向系數(shù)、增益、極化等在允許的范圍內(nèi)。其實這是傳統(tǒng)的窄帶天線性能分析方法。因為窄帶天線要發(fā)送的信號基本都是己經(jīng)調(diào)制過的正弦波信號， 所以在設(shè)計天線時對帶寬并沒有要求非?？量?極寬的帶寬)。只要針對某個載波頻率設(shè)計就可以了，在這個載波頻率附近天線的性能滿足要求，變化不大。但是，在UWB應(yīng)用領(lǐng)域， 要發(fā)送的信號不再是正弦波調(diào)制信號，而是幾百皮秒或者納秒級的窄脈沖信號，按常規(guī)方法設(shè)計的寬帶天線就不能滿足要求了。傳統(tǒng)意義上的寬帶天線大都是非頻變天線，是指天線可以根據(jù)無線系統(tǒng)需要工作在不同頻段，而并不是指天線地各個部分同時在整個寬頻段內(nèi)工作。例如TEM喇叭天線、對數(shù)周期偶極子天線和自相似螺旋天線都是典型的寬帶天線， 雖然可以工作在寬頻帶內(nèi)的多個頻率上，但是由于其相位中心和VSWR是隨頻率變化的，導(dǎo)致了信號時域上的色散，因而不適合于發(fā)射和接收UWB信號。因此，對于UWB天線來說，固定的相位中心和低駐波電壓比是非常重要的兩個電指標(biāo)，它們決定著UWB天線的性能。隨著高速集成電路的快速發(fā)展、電子設(shè)備向多功能一體化、小型集成化、模塊化、 智能化方向不斷邁進，傳統(tǒng)的超寬帶天線由于其復(fù)雜的結(jié)構(gòu)和龐大的體積已經(jīng)無法與現(xiàn)代化的高集成系統(tǒng)相結(jié)合。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的是為了提供一種體積小、結(jié)構(gòu)簡單、成本低的小型化平面超寬帶天線。本實用新型為實現(xiàn)上述目的采用的技術(shù)方案是一種小型化平面超寬帶天線，包括介質(zhì)基板，介質(zhì)基板的一面設(shè)置有由一條特征阻抗為50歐姆的微帶線和直接連接于微帶線一端的環(huán)形貼片構(gòu)成的饋電結(jié)構(gòu)，介質(zhì)基板的另一面刻蝕形成六邊形縫隙，六邊形縫隙周緣的金屬層構(gòu)成微帶線的地板。其中所述介質(zhì)基板為方形,介質(zhì)基板最短邊的長度小于或等于15_。其中所述環(huán)形貼片為圓環(huán)形。其中所述設(shè)置在介質(zhì)基板一面的環(huán)形貼片所在位置與設(shè)置在介質(zhì)基板另一面的六邊形縫隙所在位置相對應(yīng)。其中所述六邊形縫隙為六條邊均封閉的六邊形縫隙。 其中所述六邊形縫隙為五條邊封閉、一條邊半封閉的六邊形縫隙。其中所述微帶線為直線型。其中所述微帶線包括與環(huán)形貼片連接的水平段及與水平段連接的豎直段。由于本實用新型小型化平面超寬帶天線的介質(zhì)基板最短邊的長度小于或等于 15mm,因此其體積非常小，僅包括設(shè)置在介質(zhì)基板一面由一條特征阻抗為50歐姆的微帶線和直接連接于微帶線一端的環(huán)形貼片構(gòu)成的饋電結(jié)構(gòu)、設(shè)置在介質(zhì)基板另一面刻蝕形成六邊形縫隙，六邊形縫隙周緣的金屬層構(gòu)成微帶線的地板，整體結(jié)構(gòu)簡單，制造成本低，易于推廣應(yīng)用。
以下結(jié)合附圖和實施例對本實用新型小型化平面超寬帶天線作進一步的說明。

[0016]圖[0017]圖[0018]圖[0019]圖[0020]圖[0021]圖[0022]圖[0023]圖[0024]圖[0025]圖
I是本實用新型小型化平面超寬帶天線的頂層結(jié)構(gòu)示圖 2是本實用新型小型化平面超寬帶天線的底層結(jié)構(gòu)示圖 3是本實用新型小型化平面超寬帶天線的側(cè)視結(jié)構(gòu)示圖 4是本實用新型小型化平面超寬帶天線回波損耗的仿真和實際測量結(jié)果5是本實用新型小型化平面超寬帶天線在/ = 6 GHz頻率點上的仿真方向圖 6是本實用新型小型化平面超寬帶天線在/ = 9GHz頻率點上的仿真方向圖； 7是本實用新型小型化平面超寬帶天線第二實施例的頂層結(jié)構(gòu)示圖 8是本實用新型小型化平面超寬帶天線第二實施例的底層結(jié)構(gòu)示圖 9是本實用新型小型化平面超寬帶天線第三實施例的頂層結(jié)構(gòu)示圖 10是本實用新型小型化平面超寬帶天線第三實施例的底層結(jié)構(gòu)示圖。
具體實施方式
實施例一如圖I至圖3所示，本實用新型小型化平面超寬帶天線(下面簡稱“天線”)包括介質(zhì)基板5，介質(zhì)基板5的一面設(shè)置有由一條特征阻抗為50歐姆的微帶線2和直接連接于微帶線2 —端的環(huán)形貼片3構(gòu)成的饋電結(jié)構(gòu)，介質(zhì)基板5的另一面刻蝕形成六邊形縫隙4，六邊形縫隙4為天線的輻射單元，六邊形縫隙4周緣的金屬層構(gòu)成微帶線2的地板。所述設(shè)置在介質(zhì)基板5 —面的環(huán)形貼片3所在位置與設(shè)置在介質(zhì)基板5另一面的六邊形縫隙4所在位置相對應(yīng)，即六邊形縫隙4就在環(huán)形貼片3的背面。介質(zhì)基板5是Z XF的長方形普通雙面FR4印刷電路板,介質(zhì)基板5最短邊的長度小于或等于15mm,介質(zhì)基板5的相對介電常數(shù)為厚度為J，損耗角正切為tans。所述環(huán)形貼片3為圓環(huán)形，微帶線2 為直線型，微帶線2遠離環(huán)形貼片3的一端為其饋電端1，所述六邊形縫隙4為六條邊均封閉的六邊形縫隙。[0027]下面列舉根據(jù)本實用新型天線特征設(shè)計的一組天線幾何參數(shù)，如下表I所示。表I :天線設(shè)計幾何參數(shù)(sr = 4. 4, tans=0. 02,尺寸參數(shù)的單位為mm)
WLdSDDs2615I. 5I. 56. 7I. 2WpWsWtL1乙2412I. 80. 54. 514. 3圖4為按表I所示尺寸加工出來的天線回波損耗-頻率特性曲線。由圖可見，在 2.7 - 6.8 GHz頻率范圍內(nèi)，樣本天線的回波損耗RL彡-7 dB，在6. 8-12. 6 GHz頻率范圍內(nèi)，樣本天線的回波損耗RL彡-10 d，天線在3. I - 10.6 GHz的UWB頻率帶寬范圍內(nèi)，高頻部分的阻抗特性比較理想，低頻部分阻抗特性較差，但在工程上可用。圖5、圖6分別是天線在6GHz和9 GHz兩個典型頻率點上的仿真方向圖，顯然，在這些頻率點上，天線在H面和E面分別是全向輻射和8字型輻射的，而且天線方向圖變化不大。表2是上述尺寸加工出來的天線在最大輻射方向上實測的增益。顯然，所設(shè)計天線的方向圖和增益滿足超寬帶通信系統(tǒng)對天線電氣性能的一般要求。基于UWB技術(shù)的無線USB加密狗、無線U盤要求對應(yīng)的UWB天線最短邊尺寸不能大于20毫米，本實用新型小型化平面超寬帶天線，其平面尺寸僅為30毫米X 15毫米，能滿足基于UWB技術(shù)的無線USB加密狗、無線U盤等系統(tǒng)對天線尺寸的要求。表2 :天線增益測量結(jié)果
/(GHz)345678910Gain(dBi)0. I0. 42. 34. 353. 63. 73. 63. I實施例二 如圖7、圖8所示，本實用新型小型化平面超寬帶天線與實施例一所述天線的不同之處在于微帶線被分為兩段，微帶線包括與環(huán)形貼片連接的水平段6及與水平段連接的豎直段7，六邊形縫隙8為五條邊封閉、一條邊半封閉的六邊形縫隙。其在實施過程中也可達到實施例一所述的技術(shù)效果，在此不再重復(fù)敘述。實施例三如圖9、圖10所示，本實用新型小型化平面超寬帶天線與實施例一所述天線的不同之處在于微帶線在與圓環(huán)形貼片連接端9設(shè)計為加寬型，六邊形縫隙10的形狀也稍作調(diào)整，在實施過程中也可達到實施例一所述的技術(shù)效果。以上實施例僅為本實用新型的較佳實施例，本實用新型的結(jié)構(gòu)并不限于上述實施例列舉的形式，凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換等，均應(yīng)包含在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種小型化平面超寬帶天線，包括介質(zhì)基板，其特征在于，介質(zhì)基板的一面設(shè)置有由一條特征阻抗為50歐姆的微帶線和直接連接于微帶線一端的環(huán)形貼片構(gòu)成的饋電結(jié)構(gòu)， 介質(zhì)基板的另一面刻蝕形成六邊形縫隙，六邊形縫隙周緣的金屬層構(gòu)成微帶線的地板。
2.如權(quán)利要求I所述的小型化平面超寬帶天線，其特征在于，所述介質(zhì)基板為方形，介質(zhì)基板最短邊的長度小于或等于15_。
3.如權(quán)利要求2所述的小型化平面超寬帶天線，其特征在于，所述環(huán)形貼片為圓環(huán)形。
4.如權(quán)利要求I所述的小型化平面超寬帶天線，其特征在于，所述設(shè)置在介質(zhì)基板一面的環(huán)形貼片所在位置與設(shè)置在介質(zhì)基板另一面的六邊形縫隙所在位置相對應(yīng)。
5.如權(quán)利要求4所述的小型化平面超寬帶天線，其特征在于，所述六邊形縫隙為六條邊均封閉的六邊形縫隙。
6.如權(quán)利要求4所述的小型化平面超寬帶天線，其特征在于，所述六邊形縫隙為五條邊封閉、一條邊半封閉的六邊形縫隙。
7.如權(quán)利要求I所述的小型化平面超寬帶天線，其特征在于，所述微帶線為直線型。
8.如權(quán)利要求I所述的小型化平面超寬帶天線，其特征在于，所述微帶線包括與環(huán)形貼片連接的水平段及與水平段連接的豎直段。
專利摘要本實用新型小型化平面超寬帶天線，涉及一種天線，該超寬帶天線包括介質(zhì)基板，介質(zhì)基板的一面設(shè)置有由一條特征阻抗為50歐姆的微帶線和直接連接于微帶線一端的環(huán)形貼片構(gòu)成的饋電結(jié)構(gòu)，介質(zhì)基板的另一面刻蝕形成六邊形縫隙，六邊形縫隙周緣的金屬層構(gòu)成微帶線的地板。本實用新型具有整體結(jié)構(gòu)簡單，制造成本低，易于推廣應(yīng)用的優(yōu)點。
文檔編號H01Q1/38GK202352833SQ20112042563
公開日2012年7月25日 申請日期2011年11月1日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月1日
發(fā)明者吳其琦, 曾文波, 潘紹明, 趙嘉 申請人:廣西工學(xué)院