小型雙陷波超寬帶天線的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于天線技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種小型雙陷波超寬帶天線，應(yīng)用于超寬帶 無線通信領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 超寬帶（Ultra-WideBand，UWB)技術(shù)是在20世紀(jì)90年代以后發(fā)展起來的一種具 有巨大發(fā)展?jié)摿Φ男滦蜔o線通信技術(shù)，它實(shí)現(xiàn)了短距離內(nèi)超寬帶、高速的數(shù)據(jù)傳輸。UWB技 術(shù)可以應(yīng)用于智能交通系統(tǒng)、無線傳感網(wǎng)、射頻標(biāo)識(shí)、成像應(yīng)用等諸多領(lǐng)域。在美國聯(lián)邦通 信委員會(huì)（FederalCommunicationsCommission,FCC)將超寬帶應(yīng)用于商業(yè)領(lǐng)域后，工作 頻率為3. 1GHz~10. 6GHz的通信系統(tǒng)得到了大力的發(fā)展。同時(shí)，由于現(xiàn)代的消費(fèi)電子類產(chǎn) 品，特別是便攜式的無線通信產(chǎn)品，都具有很小的體積和很高的集成度，超寬帶天線的小型 化設(shè)計(jì)也成為國內(nèi)外研究的熱點(diǎn)之一。
[0003] 超寬帶系統(tǒng)的通信頻段覆蓋了 3. 3GHz~3. 7GHz的802. 16無線城域網(wǎng)（WiMAX) 和5. 15GHz~5. 35GHz和5. 725~5. 825GHz的無線局域網(wǎng)（WLAN)等窄帶系統(tǒng)頻段。由于 這些窄帶通信系統(tǒng)的存在會(huì)對(duì)超寬帶天線的工作產(chǎn)生一定的干擾，為了減少這些干擾，需 要對(duì)這些窄帶系統(tǒng)的信號(hào)進(jìn)行濾波處理，從而出現(xiàn)了陷波超寬帶天線這一天線類型。目前 現(xiàn)有的陷波超寬帶天線的類型根據(jù)陷波頻段的不同，主要分為三種類型，分別為單陷波、雙 陷波和多陷波超寬帶天線。通常雙陷波超寬帶天線主要是在WiMAX頻段和WLAN頻段實(shí)現(xiàn) 良好的濾波效果。
[0004] 為了抑制上述頻段的干擾，通常需要在超寬帶系統(tǒng)內(nèi)加入帶阻濾波器過濾這些窄 頻帶，這不僅增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性，也增加了成本。通常我們可以在超寬帶天線中引入陷波 結(jié)構(gòu)，使得那些窄帶系統(tǒng)的頻段內(nèi)有較大的反射系數(shù)，從而達(dá)到濾波的目的。目前的陷波結(jié) 構(gòu)主要有三種類型，（1)在輻射貼片或地板上刻蝕不同形狀的縫隙；（2)在天線結(jié)構(gòu)中引入 寄生枝節(jié)；（3)在福射貼片上加載SIR的帶阻濾波器；其中在天線結(jié)構(gòu)中引入寄生枝節(jié)和在 輻射貼片上加載SIR的帶阻濾波器因?yàn)槠浣Y(jié)構(gòu)復(fù)雜較少采用，目前最常用的是在輻射貼片 或地板上刻蝕不同形狀的縫隙的結(jié)構(gòu)類型。
[0005] 例如DesignofaBand-NotchedUWBMonopoleAntennabyMeansofan EBGStructure，MohammadYazdiandNaderKomjani，IEEEANTENNASANDWIRELESS PROPAGATIONLETTERS,VOL. 10,2011中提出了一種具有單陷波的超寬帶天線，該天線的輻 射單元為一微帶饋電的圓形單極子，通過在饋線兩側(cè)加載兩個(gè)普通蘑燕型EBG結(jié)構(gòu)形成 了 5. 15GHz~5. 95GHz頻段的陷波，天線的整體尺寸為39mmX35mmXl· 8mm，這是由于該 天線使用了矩形蘑菇形EBG結(jié)構(gòu)，致使天線體積較大。又如《電視技術(shù)》2015年第5期頁 碼57-60，"具有雙帶阻特性的超寬帶縫隙天線"文章中，韓曹政、唐晉生提出了一款具有雙 陷波特性的超寬帶縫隙天線，天線的輻射單元為一微帶饋電的圓形貼片，在地板上開有半 圓和多邊形組合而成的寬縫，在饋電點(diǎn)下方的地板上挖一個(gè)三角形缺口，形成漸變結(jié)構(gòu)，天 線頻段范圍覆蓋3. 1GHz~10. 6GHz，天線整體尺寸為30mmX30mmX1. 6mm，通過在該天線 的地板和饋線上分別蝕刻L形和折疊倒U形縫隙，從而形成WiMAX(3. 2GHz~3. 7GHz)和WLAN(5.OGHz~5. 9GHz)兩個(gè)陷波波段。但其刻蝕縫隙所產(chǎn)生的陷波頻段內(nèi)的電壓駐波 比較小且體積較大。再如中國專利申請(qǐng)，申請(qǐng)公布號(hào)CN104681964A，專利名稱為"一種新 型的三陷波超寬帶天線"的中國專利，就提出了一種三個(gè)陷波特性的超寬帶天線，該天線 的輻射單元為一微帶饋電的圓形單極子，由此單極子產(chǎn)生超寬帶特性，天線頻段范圍覆蓋 3. 1GHz~10. 6GHz，將三個(gè)尺寸不同的L形槽EBG單元分別加載于50歐姆饋線兩側(cè)耦合， 從而形成WiMAX(3. 3GHz~3. 6GHz)和WLAN(5. 15GHz~5. 35GHz和 5. 725GHz~5. 825GHz) 三個(gè)陷波波段，該天線的整體物理尺寸為42. 9mmX34mmX1. 6mm，天線體積較大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，提出了一種小型雙陷波超寬帶 天線，在滿足天線在WiMAX頻段和WLAN頻段良好的陷波效果前提下，有效的減小天線的尺 寸。
[0007] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：
[0008] -種小型雙陷波超寬帶天線，包括介質(zhì)基板1、印制在該介質(zhì)基板1上表面的輻射 貼片2和下表面的地板3 ;所述輻射貼片2采用階躍結(jié)構(gòu)，位于介質(zhì)基板1上表面下部的縱 向軸線上；在該輻射貼片2的兩側(cè)對(duì)稱設(shè)置有蘑菇型EBG結(jié)構(gòu)4 ;所述地板3的中間位置設(shè) 置有寬縫隙，用于改善阻抗匹配特性；在該地板3的上部兩側(cè)對(duì)稱蝕刻有四臂螺旋縫隙31 ; 所述蘑菇型EBG結(jié)構(gòu)4上蝕刻有曲流彎折縫隙，用于實(shí)現(xiàn)小型化；該蘑菇型EBG結(jié)構(gòu)4與地 板3通過金屬化過孔5連接。
[0009] 上述小型雙陷波超寬帶天線，輻射貼片2和地板3通過SMA接頭相連。
[0010] 上述小型雙陷波超寬帶天線，輻射貼片2由矩形貼片21和微帶饋線22組成，其中 矩形貼片21的上邊沿中間位置蝕刻有凹槽，在其下部兩個(gè)角的位置設(shè)置有切角。
[0011] 上述小型雙陷波超寬帶天線，蘑菇型EBG結(jié)構(gòu)4采用蝕刻有四個(gè)曲流彎折縫隙的 正方形結(jié)構(gòu)，該四個(gè)曲流彎折縫隙圍繞蘑菇型EBG結(jié)構(gòu)4的中心旋轉(zhuǎn)90°排布；在該蘑菇 型EBG結(jié)構(gòu)4的中心位置蝕刻有連接孔。
[0012] 上述小型雙陷波超寬帶天線，蘑菇型EBG結(jié)構(gòu)4的正方形的邊長尺寸和兩個(gè)蘑菇 型EBG結(jié)構(gòu)4之間的間隙尺寸由以下公式確定：
[0016] 其中，h是介質(zhì)基板1的高度，ε1^是介質(zhì)基板1的相對(duì)介電常數(shù)；W和g分別是蘑 菇型EBG結(jié)構(gòu)4邊長和兩個(gè)蘑菇型EBG結(jié)構(gòu)4之間的間隙，L是電感值，C是電容值，ω陷& 是需要陷波的頻率。
[0017] 上述小型雙陷波超寬帶天線，四臂螺旋縫隙31的單臂縫隙展開長度由以下公式 確定：
[0018]
[0020] 其中，erff是等效介電常數(shù)，c是光速，ε1^是介質(zhì)基板1的相對(duì)介電常數(shù)，是四 臂螺旋縫隙31的單臂縫隙展開長度，是需要陷波的頻率。
[0021] 上述小型雙陷波超寬帶天線，金屬化過孔5的上端與蘑菇型EBG結(jié)構(gòu)4的連接孔 相連。
[0022] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)：
[0023] (1)本發(fā)明的蘑菇形EBG由于采用蝕刻有四個(gè)曲流彎折縫隙的正方形結(jié)構(gòu)，該四 個(gè)曲流彎折縫隙圍繞蘑菇型EBG結(jié)構(gòu)的中心旋轉(zhuǎn)90°排布，金屬化過孔的上端與蘑菇型 EBG結(jié)構(gòu)的連接孔相連，其下端與地板連接，實(shí)現(xiàn)了在WLAN頻段上的陷波特性，與現(xiàn)有陷波 超寬帶天線采用加載矩形蘑菇形EBG結(jié)構(gòu)或在矩形蘑菇型EBG結(jié)構(gòu)上蝕刻L形槽實(shí)現(xiàn)陷波 特性相比，縮小了天線的體積。
[0024] (2)本發(fā)明由于在地板的上部兩側(cè)對(duì)稱蝕刻有四臂螺旋縫隙，實(shí)現(xiàn)了在WiMAX頻 段上的陷波特性，在輻射貼片的兩側(cè)對(duì)稱設(shè)置有蘑菇型EBG結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了在WLAN頻段上的 陷波特性，與現(xiàn)有通過引入帶阻濾波器過濾陷波頻段實(shí)現(xiàn)陷波特性的結(jié)構(gòu)相比，降低了系 統(tǒng)的復(fù)雜性和成本。
[0025] (3)本發(fā)明由于采用通過在地板上方兩側(cè)設(shè)置四臂螺旋縫隙實(shí)現(xiàn)在WiMAX頻段 上的陷波特性，與現(xiàn)有技術(shù)采用的通過在地板上或輻射貼片上蝕刻不同形狀縫隙的結(jié)構(gòu)相 比，在該頻段有著更加良好的陷波效果。
[0026] (4)本發(fā)明由于在地板中間位置設(shè)置有寬縫隙，同時(shí)輻射貼片由于采用由矩形貼 片和微帶饋線組成階躍結(jié)構(gòu)，且在矩形貼片的上部中間位置蝕刻有凹槽，在其下部兩個(gè)角 的位置設(shè)置有切角，保證了天線在較寬的頻率范圍內(nèi)均能保持良好的阻抗匹配效果和全向 輻射特性，且有穩(wěn)定的峰值增益。
【附圖說明】
[0027] 圖1是本發(fā)明實(shí)施例的整體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028] 圖2是本發(fā)明實(shí)施例的俯視圖；
[0029] 圖3是本發(fā)明的仰視圖；
[0030] 圖4是本發(fā)明四臂螺旋縫隙的單臂縫隙展開長度示意圖；
[0031] 圖5是本發(fā)明蘑菇型EBG結(jié)構(gòu)的示意圖；
[0032] 圖6是本發(fā)明實(shí)施例的電壓駐波比曲線圖；
[0033] 圖7是本發(fā)明實(shí)施例峰值增益-頻率曲線圖；
[0034] 圖8是本發(fā)明實(shí)施例在不同頻點(diǎn)的輻射方向圖。
【具體實(shí)施方式】
[0035] 為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，以下結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明 作進(jìn)一步解釋，應(yīng)該理解此處描述的具體實(shí)施例僅用于對(duì)本發(fā)明的解釋，不視為對(duì)本發(fā)明 的限制。
[0036] 參見圖1，本發(fā)明包括介質(zhì)基板1、輻射貼片2、地板3、蘑菇型EBG結(jié)構(gòu)4和 金屬化過孔5,其中介質(zhì)基板1采用介電常數(shù)為4. 4的FR4矩形板材，其具體尺寸為 23. 8mmX22mmX1. 6mm;福射貼片2印制在介質(zhì)基板1上表面下部的縱向軸線上，用于實(shí)現(xiàn) 對(duì)稱的輻射方向圖以及與地板3通過SMA接頭進(jìn)行可靠的連接，該輻射貼片2采用由矩形 貼片21和微帶饋線22組成的階躍結(jié)構(gòu)，用于改善天線的阻