圓環(huán)形超寬帶平面印刷天線的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及圓環(huán)形超寬帶平面印刷天線，在天線饋線兩側(cè)加入諧振結(jié)構(gòu)以實(shí)現(xiàn)雙陷波功能，天線輻射單元為圓環(huán)形平面印刷結(jié)構(gòu)，并對(duì)地板進(jìn)行了部分裁剪。該天線實(shí)現(xiàn)了從3.1GHz到10.6GHz的超寬帶傳輸特性(VSWR〈2)，且分別于3.4?3.7GHz (WLAN頻段)、5.4?6.0GHz (WiMAX頻段)兩個(gè)窄帶頻段形成阻帶，有效降低了與該兩頻段間的干擾。
【背景技術(shù)】
[0002]超寬帶通信技術(shù)廣泛應(yīng)用在雷達(dá)、定位、電子對(duì)抗以及保密通信等領(lǐng)域，長(zhǎng)期以來(lái)被各國(guó)視為尖端軍事技術(shù)而嚴(yán)密防護(hù)，直到近年來(lái)才逐漸趨于民用。超寬帶通信技術(shù)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)可總括如下:①高隱蔽性。無(wú)線電空間傳播的“公開(kāi)性”是無(wú)線電通信的固有不足，而超寬帶無(wú)線電通信的帶寬可達(dá)IGHz乃至更高，且其所需平均功率極小，信號(hào)被“淹沒(méi)”于環(huán)境噪聲和其他信號(hào)中，不會(huì)被輕易檢測(cè)到。②較強(qiáng)的多徑辨識(shí)能力和較高的信息傳輸速率。超寬帶無(wú)線通信系統(tǒng)發(fā)射的是持續(xù)時(shí)間極短的脈沖，占空比極低，多徑信號(hào)在時(shí)間上可分離。這種時(shí)間上的不重疊很容易分離出多徑分量以充分利用發(fā)射信號(hào)的能量，提高超寬帶通信系統(tǒng)解調(diào)信號(hào)的信噪比，降低因多徑干擾造成的符號(hào)間干擾。借助抗多徑干擾性能，超寬帶無(wú)線通信系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)高速率數(shù)據(jù)傳輸。③系統(tǒng)容量大。超寬帶無(wú)線通信系統(tǒng)發(fā)送占空比極低的沖擊脈沖，采用跳時(shí)地址碼調(diào)制，便于組成類(lèi)似于DS-CDMA系統(tǒng)的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)。由于超寬帶無(wú)線通信系統(tǒng)具有很高的處理增益和較強(qiáng)的多徑辨識(shí)能力，因此其用戶量大大高于3G系統(tǒng)。④穿透能力強(qiáng)，易于實(shí)現(xiàn)定位與通信的一體化。⑤功耗低。
[0003]超寬帶天線是超寬帶無(wú)線通信系統(tǒng)的關(guān)鍵組成部分之一，其設(shè)計(jì)需考慮兩方面內(nèi)容:①實(shí)現(xiàn)從3.1GHz到10.6GHz的超寬帶傳輸特性(VSWR〈2);②考慮到與WLAN及WiMAX窄帶通信頻段的互擾問(wèn)題，天線進(jìn)行寬頻帶通信的同時(shí)要具備這些窄帶頻段的陷波功能。基于以上兩點(diǎn)考慮，出現(xiàn)了傳統(tǒng)的具有陷波特性超寬帶天線的設(shè)計(jì)方法，即通過(guò)等效電路分析，在天線輻射單元上加開(kāi)某些具有特定功能的槽孔(如L型槽、U型槽)等，以達(dá)到形成所需阻帶的目的。本發(fā)明采用了濾波模塊與天線饋線相結(jié)合的新方法，既回避了通過(guò)改造輻射結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)陷波的復(fù)雜性，又達(dá)到了良好的濾波性能，具有較高的實(shí)用價(jià)值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種圓環(huán)形超寬帶平面印刷天線，且具有雙阻帶功能。如圖1所示，本發(fā)明提出的超寬帶天線由五部分構(gòu)成，分別是貼片天線I (包含輻射單元與饋線)、介質(zhì)基板2、3.5GHz階躍諧振器3、5.6GHz階躍諧振器4和接地板5。需要特別說(shuō)明的是，接地板經(jīng)過(guò)裁剪后，主要位于天線饋線一側(cè)，而輻射單元一側(cè)不加地板。整個(gè)超寬帶天線的構(gòu)造及尺寸如圖2所示，兩個(gè)諧振器的外形及尺寸如圖3所示。
[0005]本發(fā)明采用的技術(shù)方案:
[0006]圓環(huán)形超寬帶平面印刷天線，其特征在于，具有3.1GHz到10.6GHz的超寬帶傳輸特性(VSWR〈2)和3.4?3.7GHz (WLAN頻段)及5.4?6.0GHz (WiMAX頻段)兩個(gè)頻段的陷波特性，貼片天線I由內(nèi)、外徑分別為L(zhǎng)n、L4的圓環(huán)形輻射單元和長(zhǎng)L5、寬L6的天線饋線構(gòu)成，位于介質(zhì)基板2的上表面，貼片天線I的軸線與介質(zhì)基板2的軸線重合。
[0007]所述圓環(huán)形超寬帶平面印刷天線，其特征在于，介質(zhì)基板2的長(zhǎng)、寬、高分別為U、L2、L3，其相對(duì)介電常數(shù)為2.2。
[0008]所述圓環(huán)形超寬帶平面印刷天線，其特征在于，濾波結(jié)構(gòu)由5.75GHz階躍諧振器3和8.4GHz階躍諧振器4兩部分組成，分別位于貼片天線I的矩形饋線的兩側(cè)，兩諧振器外形呈折疊式，結(jié)構(gòu)完全一致，尺寸成線性比例，底邊均與饋線長(zhǎng)邊平行，且距饋線0.15mm。
[0009]所述圓環(huán)形超寬帶平面印刷天線，其特征在于，兩個(gè)階躍諧振器的結(jié)構(gòu)由參數(shù)Ip12、13、W1' W2> W3> W4> W5> W6> W7> W8決定,調(diào)整這些參數(shù)的大小將影響諧振頻點(diǎn)(即阻帶頻段)的大小。
[0010]所述圓環(huán)形超寬帶平面印刷天線，其特征在于，接地板5位于介質(zhì)基板2的下表面，長(zhǎng)、寬分別為L(zhǎng)2和Lltl,接地板5位于貼片天線I的饋線一側(cè)，其在輻射單元(即圓環(huán)形貼片)一側(cè)的部分被裁減掉。
[0011]所述圓環(huán)形超寬帶平面印刷天線，其特征在于，接地板5的一側(cè)被裁去長(zhǎng)L8、寬L10-L7I的矩形區(qū)域，該矩形區(qū)域的對(duì)稱軸與接地板5的對(duì)稱軸重合。
[0012]后文將結(jié)合附圖及【具體實(shí)施方式】對(duì)
【發(fā)明內(nèi)容】
進(jìn)行詳細(xì)論述。
【附圖說(shuō)明】
[0013]圖1是本發(fā)明所述圓環(huán)形超寬帶平面印刷天線的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014]圖2是本發(fā)明所述圓環(huán)形超寬帶平面印刷天線的尺寸說(shuō)明圖；
[0015]圖3是兩個(gè)階躍諧振器的結(jié)構(gòu)、尺寸說(shuō)明圖；
[0016]符號(hào)說(shuō)明:
[0017]I是貼片天線(包含輻射單元與饋線)，2是介質(zhì)基板，3是3.5GHz階躍諧振器、4是5.6GHz階躍諧振器，5是接地板。
【具體實(shí)施方式】
[0018]由于所述圓環(huán)形超寬帶平面印刷天線工作于微波頻段，這里將借助微波傳輸線理論來(lái)分析其輻射原理。假設(shè)貼片天線圓環(huán)形輻射單元的外徑為半波長(zhǎng)λ/2，介質(zhì)基板的厚度為L(zhǎng)3。這樣，可以將圓環(huán)形輻射單元、介質(zhì)基板和接地板看作長(zhǎng)為λ/2的低阻抗微帶傳輸線，并在輻射單元邊緣部位形成開(kāi)路。又因?yàn)榻橘|(zhì)基板厚度遠(yuǎn)小于波長(zhǎng)λ，因而電場(chǎng)沿貼片平面法線方向的分量基本無(wú)變化。在只考慮主模激勵(lì)的情況下，電磁波輻射基本可以認(rèn)為是由輻射單元開(kāi)路部位的邊緣引起的。可以將開(kāi)路端的電場(chǎng)分解為沿貼片平面的水平分量和平行于平面法線的垂直分量，其中垂直分量因相位相反而相互抵消，故電場(chǎng)的水平分量使輻射單元開(kāi)路端被等效為無(wú)限大平面上同相激勵(lì)的環(huán)形縫隙。這樣，輻射單元的對(duì)外輻射就等效成了縫隙的輻射。
[0019]如圖2 所示，Lp L2, L3> L4, L5, L6, L7, L8, L9, L10 和 L11 的長(zhǎng)度分別為 33mm、25mm、
1.2mm、8mm、16.5mm>3.6mm、llmm、3.8mm>10.6mm>16mm 和 4mmn
[0020]如圖3所示，圖中結(jié)構(gòu)外形與超寬帶天線中不同諧振頻率的兩個(gè)諧振器的外形完全一致，具體尺寸按下文所述設(shè)定。
[0021]對(duì)3.5GHz 階躍諧振器，I!、12、13、W1^ W2> W3> W4> W5> W6> W7> W8 的長(zhǎng)度分別為 0.2mm>
0.2mm>0.2mm>5.8mm>0.2mm>2.4mm、L 6mm>0.2mm、L 6mm>0.2mm>2.2mm ;對(duì) 5.6GHz 階躍諧振器，I” 12、IywpW2JyW4JpW6JpW8 的長(zhǎng)度分別為 0.16mm、0.16mm、0.16mm、4.4mm、0.16mm、
1.96mm、1.32mm、0.16mm、1.32mm、0.16mm、1.7mm。區(qū)別于具有陷波特性超寬帶天線的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，所述發(fā)明不再通過(guò)在天線輻射單元上加開(kāi)某些具有特定功能的槽孔來(lái)達(dá)到所需阻帶特性的目的，而是采用濾波模塊與天線饋線相結(jié)合的新方法，在避免改造輻射結(jié)構(gòu)導(dǎo)致更高復(fù)雜性的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)良好的濾波性能，具有較高的實(shí)用價(jià)值。
[0022]階躍諧振器的諧振頻點(diǎn)可以通過(guò)改變1:、12、的長(zhǎng)短來(lái)進(jìn)行調(diào)整，在外形不變的情況下，按比例線性增加四個(gè)量的值，將使得諧振點(diǎn)向低頻移動(dòng)?？梢?jiàn)，如果要實(shí)現(xiàn)超寬帶天線的低頻阻帶，可以適當(dāng)放寬對(duì)諧振器緊湊性的要求。
[0023]基于IEEE802.11標(biāo)準(zhǔn)的WLAN允許在局域網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中使用ISM中的2.4GHZ和5.8GHZ頻段，基于IEEE802.16標(biāo)準(zhǔn)的WiMAX則開(kāi)放ISM中的3.5GHz頻段，為避免超寬帶通信系統(tǒng)與WLAN頻段及WiMAX頻段的相互干擾，所述圓環(huán)形超寬帶平面印刷天線分別于3.4?3.7GHz、5.4?6.0GHz兩個(gè)頻段的陷波功能防止了與相應(yīng)窄帶系統(tǒng)的相互干擾，這是本發(fā)明除超寬帶傳輸特性之外的另一重要應(yīng)用意義。當(dāng)然亦可根據(jù)實(shí)際需求來(lái)恰當(dāng)設(shè)置階躍諧振器尺寸，以達(dá)到對(duì)不同窄帶頻段的陷波效果。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.圓環(huán)形超寬帶平面印刷天線，其特征在于，具有3.1GHz到10.6GHz的超寬帶傳輸特性(VSWR〈2)和3.4?3.7GHz (WLAN頻段)及5.4?6.0GHz (WiMAX頻段)兩個(gè)頻段的陷波特性，貼片天線I由內(nèi)、外徑分別為L(zhǎng)n、L4的圓環(huán)形輻射單元和長(zhǎng)L5、寬L6的天線饋線構(gòu)成，位于介質(zhì)基板2的上表面，貼片天線I的軸線與介質(zhì)基板2的軸線重合。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述圓環(huán)形超寬帶平面印刷天線，其特征在于，介質(zhì)基板2的長(zhǎng)、寬、高分別為U、L2、L3，其相對(duì)介電常數(shù)為2.2。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述圓環(huán)形超寬帶平面印刷天線，其特征在于，濾波結(jié)構(gòu)由5.75GHz階躍諧振器3和8.4GHz階躍諧振器4兩部分組成，分別位于貼片天線I的矩形饋線的兩偵牝兩諧振器外形呈折疊式，結(jié)構(gòu)完全一致，尺寸成線性比例，底邊均與饋線長(zhǎng)邊平行，且距饋線 0.15mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述圓環(huán)形超寬帶平面印刷天線，其特征在于，兩個(gè)階躍諧振器的結(jié)構(gòu)由參數(shù)12> 13> W1^ w2> w3> w4> w5> w6> w7> W8決定,調(diào)整這些參數(shù)的大小將影響諧振頻點(diǎn)(即阻帶頻段)的大小。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述圓環(huán)形超寬帶平面印刷天線，其特征在于，接地板5位于介質(zhì)基板2的下表面，長(zhǎng)、寬分別為L(zhǎng)2和Lltl，接地板5位于貼片天線I的饋線一側(cè)，其在輻射單元(即圓環(huán)形貼片)一側(cè)的部分被裁減掉。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述圓環(huán)形超寬帶平面印刷天線，其特征在于，接地板5的一側(cè)被裁去長(zhǎng)L8、寬ILltl-L7I的矩形區(qū)域，該矩形區(qū)域的對(duì)稱軸與接地板5的對(duì)稱軸重合。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及圓環(huán)形超寬帶平面印刷天線，由貼片天線1（包含圓環(huán)形輻射單元與饋線）、介質(zhì)基板2、3.5GHz階躍諧振器3、5.6GHz階躍諧振器4和接地板5五部分組成，其特征是，在天線饋線兩側(cè)加入諧振結(jié)構(gòu)以實(shí)現(xiàn)雙陷波功能，天線輻射單元為圓環(huán)形平面印刷結(jié)構(gòu)，并對(duì)地板進(jìn)行了部分裁剪。該天線實(shí)現(xiàn)了從3.1GHz到10.6GHz的超寬帶傳輸特性（VSWR<2），且分別于3.4～3.7GHz（WLAN頻段）、5.4～6.0GHz（WiMAX頻段）兩個(gè)窄帶頻段形成阻帶，有效降低了與該兩頻段間的干擾。
【IPC分類(lèi)】H01Q1-38, H01Q1-48
【公開(kāi)號(hào)】CN104681961
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201310636443
【發(fā)明人】劉雷, 李琦, 王姣
【申請(qǐng)人】哈爾濱飛羽科技有限公司
【公開(kāi)日】2015年6月3日
【申請(qǐng)日】2013年11月27日