一種基于clv-ebg結(jié)構(gòu)的雙陷波uwb天線的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種基于CLV-EBG結(jié)構(gòu)的雙陷波UWB天線，它包括部分金屬接地板（10）、介質(zhì)基板（20）、天線輻射貼片（30）、50歐姆饋線（31）和兩個(gè)角部過(guò)孔電磁帶隙（CLV-EBG）結(jié)構(gòu)單元（40，50）。將兩個(gè)尺寸參數(shù)不同的CLV-EBG結(jié)構(gòu)單元（40，50）分別與正六邊形UWB天線的50歐姆饋線（31）耦合，在保證天線小型化、寬頻帶、良好的輻射特性的同時(shí)，有效地濾除了全球微波互聯(lián)接入（WIMAX）和無(wú)線個(gè)人局域網(wǎng)（WLAN）兩個(gè)頻段的信號(hào)。該天線在全頻段內(nèi)具有良好的全向輻射特性和穩(wěn)定的增益效果，陷波特性良好，適用于UWB無(wú)線通信系統(tǒng)。
【專利說(shuō)明】—種基于CLV-EBG結(jié)構(gòu)的雙陷波UWB天線
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于超寬帶(UWB)無(wú)線通信領(lǐng)域的天線，尤其是一種基于CLV-EBG結(jié)構(gòu)的雙陷波UWB天線。將角部過(guò)孔蘑菇形電磁帶隙結(jié)構(gòu)(CLV-EBG)與正六邊形超寬帶(UWB)天線的饋線耦合，在保證天線小型化、寬頻帶、良好的輻射特性的同時(shí)，有效地濾除了全球微波互聯(lián)接入(WIMAX)和無(wú)線個(gè)人局域網(wǎng)(WLAN)兩個(gè)頻段的信號(hào)。
【背景技術(shù)】
[0002]2002 年 2 月美國(guó)聯(lián)邦通信委員會(huì)(Federal Communications Commission:FCC)將3.1?10.6GHz頻段劃為商用的UWB無(wú)線通信業(yè)務(wù)使用，自此以后，超寬帶技術(shù)獲得了快速發(fā)展，UffB天線的研究與設(shè)計(jì)作為UWB無(wú)線通信的關(guān)鍵技術(shù)之一，已成為了研究的熱點(diǎn)。由于UWB系統(tǒng)的工作頻段與現(xiàn)有無(wú)線通信系統(tǒng)的某些頻段重合，如全球微波互聯(lián)接入(UMAX, 3.3GHz-3.6GHz)，無(wú)線個(gè)人局域網(wǎng)(WLAN，(5.15GHz-5.825GHz))等。為 了減少 UWB天線對(duì)這些頻段內(nèi)系統(tǒng)通信造成干擾，具有陷波特性的UWB天線被廣泛關(guān)注。
[0003]在實(shí)現(xiàn)良好的陷波特性的同時(shí)，保證UWB天線的小型化，寬頻帶，良好的輻射特性是一個(gè)比較棘手的難題。目前為止具有陷波特性的UWB天線已有大量的研究成果，實(shí)現(xiàn)陷波的技術(shù)可以概括為以下幾種:
[0004](I)在輻射貼片或接地板刻蝕槽線
[0005](2)添加寄生元素
[0006](3)加載SIR的帶阻濾波器
[0007]這些實(shí)現(xiàn)陷波的技術(shù)存在著以下不足:在天線輻射貼片上刻槽和在輻射貼片附近增加寄生單元的方法都會(huì)改變天線輻射貼片表面的電流分布，影響天線的輻射方向圖；在天線地板刻槽的方法會(huì)使部分能量從地板槽泄漏，對(duì)天線方向圖的后瓣產(chǎn)生影響，減小天線的增益；添加寄生元素會(huì)增加天線的尺寸，而加載SIR的帶阻濾波器，使結(jié)構(gòu)復(fù)雜，集成難度高。另外這些方法普遍存在的一個(gè)問(wèn)題是，各個(gè)陷波頻帶相互影響，不易獨(dú)立控制。
[0008]電磁帶隙(EBG)結(jié)構(gòu)以其優(yōu)異的頻率帶隙特性，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于集成，帶隙特性易于調(diào)節(jié)，如果加以小型化，通過(guò)與輸入端耦合，可方便獨(dú)立地實(shí)現(xiàn)和控制超寬帶天線各個(gè)陷波，而對(duì)輻射貼片的電流分布影響較小，可保持良好的輻射特性，增益效果。因此，設(shè)計(jì)一款基于EBG結(jié)構(gòu)具有陷波特性的高性能超寬帶天線具有深遠(yuǎn)的意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的目的在于改善現(xiàn)有UWB天線陷波技術(shù)中影響天線輻射特性、增大天線尺寸、陷波不易獨(dú)立控制等缺陷。將兩個(gè)尺寸參數(shù)不同的CLV-EBG結(jié)構(gòu)分別加載于正六邊形UffB天線的饋線左右兩邊，形成耦合，有效地濾除了 WIMAX和WLAN兩個(gè)頻段的信號(hào)，并且兩個(gè)陷波頻段特性可以獨(dú)立調(diào)節(jié)。
[0010]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:
[0011]一種基于CLV-EBG結(jié)構(gòu)的雙陷波UWB天線，其特征在于:包括部分金屬接地板(10)、介質(zhì)基板(20)、天線輻射貼片(30)、50歐姆饋線(31)和兩個(gè)尺寸參數(shù)不同的CLV-EBG單元(40，50)，部分金屬接地板(10)位于介質(zhì)基板(20)的下表面，天線輻射貼片
(30)和50歐姆饋線(31)位于介質(zhì)基板(20)的上表面，兩個(gè)CLV-EBG單元(40，50)分別加載于50歐姆饋線(31)兩側(cè)。
[0012]所述的一種基于CLV-EBG結(jié)構(gòu)的雙陷波UWB天線，其特征在于:部分金屬接地板(10)上頂邊中間部分刻蝕了與50歐姆饋線(31)等寬的矩形槽(11)，天線輻射貼片(30)為正六邊形。
[0013]所述的一種基于CLV-EBG結(jié)構(gòu)的雙陷波UWB天線，其特征在于:兩個(gè)尺寸參數(shù)不同的CLV-EBG單元(40，50)為正方形，分別加載于50歐姆饋線(31)左右兩側(cè)形成耦合，包括介質(zhì)基板(20)上表面的EBG金屬貼片和兩個(gè)金屬圓柱形過(guò)孔(41,51)。
[0014]所述的一種基于CLV-EBG結(jié)構(gòu)的雙陷波UWB天線，其特征在于:兩個(gè)金屬圓柱形過(guò)孔(41，51)貫穿于EBG金屬貼片、介質(zhì)基板(20)和部分接地板(10)之間，且分別位于EBG金屬貼片的左上角和右上角。
[0015]本發(fā)明相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)具有如下的優(yōu)點(diǎn)及特性:
[0016](I)CLV-EBG相比于傳統(tǒng)的蘑菇形電磁帶隙(CMT-EBG)結(jié)構(gòu)尺寸小，保證了 UWB天線的小型化，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于集成。
[0017](2)天線相對(duì)帶寬較寬，達(dá)到130%，VSWR〈2的范圍為2.24GHz_10.7GHz。
[0018](3)加載CLV-EBG結(jié)構(gòu)，對(duì)天線的輻射貼片表面電流影響較小，從而保持了 UWB天線全頻段良好的全向輻射特性和穩(wěn)定的增益效果。
[0019](4) WIMAX和WLAN兩個(gè)陷波頻段特性(帶寬、位置等)可以通過(guò)調(diào)節(jié)兩個(gè)CLV-EBG結(jié)構(gòu)單元參數(shù)進(jìn)行獨(dú)立地控制。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0020]圖1是天線基本結(jié)構(gòu)俯視圖；
[0021]圖2是天線背面基本結(jié)構(gòu)圖；
[0022]圖3是EBG陷波原理圖；
[0023]圖4是天線駐波比參數(shù)示意圖；
[0024]圖5是天線峰值增益示意圖；
[0025]圖6是天線在4GHz下的E面方向圖；
[0026]圖7是天線在4GHz下的H面方向圖；
【具體實(shí)施方式】
[0027]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。
[0028]如圖1、圖2所示，基于CLV-EBG結(jié)構(gòu)的雙陷波UWB天線，包括部分金屬接地板(10)、介質(zhì)基板(20)、天線輻射貼片(30)、50歐姆饋線(31)和兩個(gè)尺寸參數(shù)不同的CLV-EBG單元(40，50)。其中部分接地板(10)位于介質(zhì)基板(20)底面，且上頂邊與天線輻射貼片(30)之間有一定距離(L1-Lg),此距離用于調(diào)節(jié)UWB天線高頻段阻抗匹配。在部分金屬接地板(10)上頂邊中間部分中心刻蝕了一個(gè)寬為1，長(zhǎng)為L(zhǎng)s的矩形槽(11)，其寬度與50歐姆饋線(31)相等，此矩形槽用于改善天線寬頻帶特性，提高駐波比帶寬。[0029]本發(fā)明的天線中，介質(zhì)基板(20)的相對(duì)介電常數(shù)為3，損耗角正切為0.004，高度為h，加工成本低，易于與普通印刷電路板集成。
[0030]天線輻射貼片(50)是邊長(zhǎng)為W的正六邊形，其上頂邊與介質(zhì)基板(20)頂邊重合，下底邊與50歐姆饋線(31)相接，饋線寬度為Wf。
[0031]兩個(gè)尺寸參數(shù)不同的CLV-EBG單元(40，50)為正方形，分別加載于50歐姆饋線
[31]左右兩側(cè)形成耦合，兩個(gè)CLV-EBG單元(40，50)與50歐姆饋線(31)的距離分別為gl、g2，包括加載于介質(zhì)基板(20)上表面的EBG金屬貼片和兩個(gè)金屬圓柱形過(guò)孔(41,51)。
[0032]兩個(gè)EBG金屬貼片中心位于同一條水平線上，且與介質(zhì)基板(20)下底邊相距Lg/2，邊長(zhǎng)分別為a1、a2，沒(méi)有增加天線的尺寸，保持了天線的小型化。兩個(gè)金屬圓柱形過(guò)孔(41,51)分別位于兩個(gè)EBG金屬貼片的左上角和右上角，半徑分別為r1、r2，其邊緣與EBG金屬貼片邊緣都相距0.2mm。
[0033]如圖3所示，這里從該UWB天線的主視圖來(lái)說(shuō)明CLV-EBG結(jié)構(gòu)的陷波原理，其中介質(zhì)基板為透視結(jié)構(gòu)。以CLV-EBG單元(40)為例進(jìn)行說(shuō)明，當(dāng)通過(guò)50歐姆饋線(31)向天線饋電時(shí)，EBG結(jié)構(gòu)金屬貼片與50歐姆饋線(31)形成耦合電容Cltl，與部分金屬接地板(10)通過(guò)介質(zhì)基板(20)形成耦合電容C11,通過(guò)金屬圓柱形過(guò)孔(41)的電流回路等效為電感Lltl，從
而形成了一個(gè)并聯(lián)LC諧振回路，諧振頻率/w = 1/(2*π*^j(Cw+Cu)*Ltxt)。同理CLV-EBG單 元(50)也能形成另一個(gè)并聯(lián)LC諧振回路，諧振頻率/(B = 1/(2*π*^(C20 +C21)*L2u)?兩個(gè)
諧振回路起到了一個(gè)前置濾波器的作用，有效地實(shí)現(xiàn)了兩個(gè)陷波。兩個(gè)陷波頻段的中心頻率，陷波帶寬，陷波深度等參數(shù)可以通過(guò)調(diào)節(jié)CLV-EBG單元(40，50)的結(jié)構(gòu)參數(shù):EBG金屬貼片邊長(zhǎng)％和a2、耦合距離gl和g2等進(jìn)行獨(dú)立的調(diào)節(jié)。本發(fā)明就是通過(guò)合理設(shè)計(jì)CLV-EBG單元(40，50)的結(jié)構(gòu)參數(shù)，在保證天線小型化、寬頻帶、良好的輻射特性的同時(shí)有效地濾除了 WIMAX(3.3GHz-3.6GHz)和 WLAN(5.15GHz-5.825GHz)兩個(gè)頻段的信號(hào)。其中 CLV-EBG 單元(50)用來(lái)濾除WIMAX頻段的信號(hào)，CLV-EBG單元(40)用來(lái)濾除WLAN頻帶的信號(hào)。
[0034]如圖1,圖2,圖3所示,該UWB天線的具體結(jié)構(gòu)的尺寸為:WQ = 38mm, L0 = 44.6mm,W = 11.2mm，L1 = 25.2mm，ax = 4.6mm，a2 = 7mm，Wf = 3.6mm，Lg = 24mm，Ws = 3.6mm，Ls =2mm，h = 1.6mm，T1 = r2 = 0.3mm，gl = 0.27mm，g2 = 0.3mm。
[0035]如圖4所示，天線駐波比帶寬(VSWR<2)從2.24GHz_10.7GHz，覆蓋了 UWB的頻帶范圍，且相對(duì)帶寬達(dá)到了 130%。在3.48GHz和5.43GHz處產(chǎn)生了兩個(gè)陷波，陷波寬度(VSWR>2)分別為2.97GHz-3.63GHz、5.13GHz_5.87GHz，在保證頻帶利用率的同時(shí)，有效地濾除了 WIMAX和WLAN兩個(gè)頻段的信號(hào)。
[0036]如圖5所示，從實(shí)線部分可以看出未加載兩個(gè)CLV-EBG單元(40，50)時(shí)，UWB天線在3.1-10.6GHz頻帶范圍內(nèi)，峰值增益最小值為2.27dB,最大值為5.4dB。加載兩個(gè)CLV-EBG單元(40，50)后，在3.58GHz和5.4GHz兩個(gè)陷波頻段處分別下降到-1.3dB和0.88dB,并且峰值增益最大值為5.92dB，產(chǎn)生了良好的陷波效果。其他頻段兩個(gè)曲線基本保持一致，從而表明，兩個(gè)CLV-EBG單元(40，50)的加載，除陷波頻段外，對(duì)原UWB天線的增益影響非常小，在全頻段內(nèi)保證了穩(wěn)定的增益效果。
[0037]如圖6,圖7所75，在4GHz處E面和H面福射方向圖中，虛線部分和實(shí)線部分基本重合，表明了加載CLV-EBG結(jié)構(gòu)對(duì)原UWB天線的輻射特性基本沒(méi)有影響，其中H面近似全向輻射特性，E面的輻射特性和偶極子的輻射特性相似，近似為一個(gè)‘8’形，該天線良好的全向輻射特性適用于超寬帶無(wú)線通信【技術(shù)領(lǐng)域】。
【權(quán)利要求】
1.一種基于CLV-EBG結(jié)構(gòu)的雙陷波UWB天線，其特征在于:包括部分金屬接地板(10)、介質(zhì)基板(20)、天線輻射貼片(30)、50歐姆饋線(31)和兩個(gè)尺寸參數(shù)不同的CLV-EBG單元(40，50)，部分金屬接地板(10)位于介質(zhì)基板(20)的下表面，天線輻射貼片(30)和50歐姆饋線(31)位于介質(zhì)基板(20)的上表面，兩個(gè)CLV-EBG單元(40，50)分別加載于50歐姆饋線(31)兩側(cè)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于CLV-EBG結(jié)構(gòu)的雙陷波UWB天線，其特征在于:部分金屬接地板(10)上頂邊中間部分刻蝕了與50歐姆饋線(31)等寬的矩形槽(11)，天線輻射貼片(30)為正六邊形。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于CLV-EBG結(jié)構(gòu)的雙陷波UWB天線，其特征在于:兩個(gè)尺寸參數(shù)不同的CLV-EBG單元(40，50)為正方形，分別加載于50歐姆饋線(31)左右兩側(cè)形成耦合，包括介質(zhì)基板(20)上表面的EBG金屬貼片和兩個(gè)金屬圓柱形過(guò)孔(41，51)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于CLV-EBG結(jié)構(gòu)的雙陷波UWB天線，其特征在于:兩個(gè)金屬圓柱形過(guò)孔(41，51)貫穿于EBG金屬貼片、介質(zhì)基板(20)和部分接地板(10)之間，且分別位于EBG金屬貼片的左上角和右上角。
【文檔編號(hào)】H01Q1/36GK203760636SQ201320764137
【公開日】2014年8月6日 申請(qǐng)日期:2013年11月27日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月27日
【發(fā)明者】張道亮, 張冰然, 張謝馥 申請(qǐng)人:哈爾濱飛羽科技有限公司