專利名稱：一種阻帶帶寬可控的超寬帶陷波天線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及平面超寬帶天線技術(shù)，尤其涉及一種阻帶帶寬可控的超寬帶陷波 天線。
背景技術(shù)：
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(shù)關(guān)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)字通信將是平面超寬帶天線技術(shù)的主要應(yīng)用，其對平 面超寬帶天線的設(shè)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(shè)計。然而，在超寬帶系統(tǒng)指定的頻段內(nèi)覆蓋了 5. 15GHz-5. 825GHz (5. 15GHz-5. 35GHz，5. 725GHz-5. 825GHz)的無線局域網(wǎng)(WLAN)和3. 3GHz_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)之間潛在的干擾，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，但是這勢必增大系統(tǒng)的復(fù)雜度和成本。另外一種簡單而有效的方法就是在超寬帶天線中嵌入陷波結(jié)構(gòu)。陷波結(jié)構(gòu)包括在 輻射單元上開不同形狀的槽，或在饋線上引入地陷縫隙、耦合彎折的諧振器。例如專利號為 200680013917. 9，專利名稱為《具有帶阻特性的超寬帶天線》的中國專利，該專利提出了一 種具有單個陷波特性，應(yīng)用于超寬帶通信的天線。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3GHZ-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. lGHz-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。又如專利號為200810019273. 5，專利名稱為《分裂環(huán)諧振器稠合饋線實現(xiàn)的多阻 帶超寬帶天線》的中國專利，該專利提供了一種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)成平面超寬帶天線，應(yīng)用圓形單極子的多諧振特性產(chǎn)生超寬帶，并由分布 在微帶饋線兩邊的諧振環(huán)實現(xiàn)線波功能。再如專利號為200810019785. 1，專利名稱為《基 于非對稱刺狀線的改進阻帶超寬帶天線》的中國專利，該專利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 饋線開的兩條1/4波長的諧振細縫隙產(chǎn)生阻帶特性。上述三專利中公開的天線所用的陷波 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，其實現(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(yīng)用的濾波效果。所以開發(fā)研制具有良好濾波特性的小型超 寬帶天線是適應(yīng)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在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點和不足，提供一種阻帶帶寬可控的超 寬帶陷波天線，該天線具有阻帶陡度大、濾波效果好、通帶匹配特性好以及阻帶中心頻率和 阻帶帶寬可控等優(yōu)點。本實用新型的目的是通過下述技術(shù)方案實現(xiàn)的，一種阻帶帶寬可控的超寬帶陷波天線，由介質(zhì)板，和在介質(zhì)板上下表面的兩層金屬鍍層組成，所述介質(zhì)板的上表面設(shè)有饋 線、輻射單元，所述饋線的上部與輻射單元相連，所述輻射單元嵌入上下兩條縫隙，所述兩 條縫隙相隔四分之一波長；所述介質(zhì)板的下表面的下部設(shè)有接地單元。為更好的實現(xiàn)本實用新型，所述輻射單元前端為半圓結(jié)構(gòu)。優(yōu)選的，所述縫隙為不封閉的矩形。優(yōu)選的，所述矩形的開口向上。優(yōu)選的，所述縫隙還可以為兩條平行線。
優(yōu)選的，所述縫隙還可以為兩條平行的曲線。優(yōu)選的，所述輻射單元的左右兩邊分別開有一個矩形缺口。優(yōu)選的，所述輻射單元的矩形缺口為正方形。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型具有如下優(yōu)點效果第一、阻帶陡度更大，濾波效果更好現(xiàn)有的多陷波結(jié)構(gòu)超寬帶陷波天線，是使用 η個陷波結(jié)構(gòu)實現(xiàn)η個阻帶，本質(zhì)上還是一個陷波結(jié)構(gòu)實現(xiàn)一個阻帶，所以阻帶不陡峭，濾 波效果差。而本實用新型使用兩個縫隙實現(xiàn)一個阻帶，并且讓兩個縫隙相隔四分之一波長， 組成了 2階的帶阻濾波器，使阻帶的陡度更大，濾波效果更好，并且結(jié)構(gòu)更緊湊。實驗證 明，本實用新型提出的超寬帶陷波天線可以在5. 15GHz-5. 35GHz的阻帶內(nèi)使回波損耗抑制 在-5dB以上。第二、阻帶中心頻率和阻帶帶寬可控通過控制每條縫隙的長度，可以容易地控制 天線的阻帶中心頻率；通過控制縫隙的橫向長度，就可以容易地控制天線的阻帶帶寬。因此 本實用新型天線具有選擇性好，阻帶帶寬容易控制的優(yōu)點。第三、通帶匹配特性好本實用新型輻射貼片的前端采用了半圓的漸變結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu) 漸變性使得天線從一個頻率諧振模式平緩地過渡到另一個頻率諧振模式，確保了在較寬的 頻帶內(nèi)獲得良好的阻抗匹配。同時，輻射單元片兩邊各挖去了一個矩形，這樣可以改善超寬 帶天線的高頻匹配特性。

圖1是本實施例一中一種阻帶帶寬可控的超寬帶陷波天線的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本實施例一中一種阻帶帶寬可控的超寬帶陷波天線的回波損耗仿真曲線 示意圖；圖3是本實施例一中一種阻帶帶寬可控的超寬帶陷波天線采用不同的縫隙間距 對應(yīng)的天線回波損耗曲線示意圖；圖4是本實施例一中一種阻帶帶寬可控的超寬帶陷波天線的測量增益曲線示意 圖；圖5是本實施例二中一種阻帶帶寬可控的超寬帶陷波天線的結(jié)構(gòu)示意圖；圖6是本實施例三中一種阻帶帶寬可控的超寬帶陷波天線的結(jié)構(gòu)示意圖。
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地詳細說明，但本實用新型的實 施方式不限于此。[0024]實施例一一種阻帶帶寬可控的超寬帶陷波天線，其結(jié)構(gòu)如圖1所示，實線所示為正面結(jié)構(gòu)， 虛線所示為背面結(jié)構(gòu)。由矩形介質(zhì)板3，和在矩形介質(zhì)板3上下表面的兩層金屬鍍層組成， 所述矩形介質(zhì)板3的上表面設(shè)有饋線1、輻射單元4，所述饋線1的上部與輻射單元4相連， 所述輻射單元4嵌入上下兩條縫隙(縫隙5和縫隙6)，縫隙5和縫隙6就嵌入在天線的輻 射單元4上，并且縫隙5和縫隙6相隔四分之一波長(見圖1中的L)；所述介質(zhì)板的下表 面的下部設(shè)有接地單元。所述輻射單元4的前端采用了半圓的漸變結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)漸變性使得天線從一個頻率 諧振模式平緩地過渡到另一個頻率諧振模式，確保了在較寬的頻帶內(nèi)獲得良好的阻抗匹 配。所述輻射單元4的左右兩邊各挖去了一個矩形，所述矩形為正方形，這樣可以改善超寬帶天線的高頻匹配特性。所述縫隙5和縫隙6均為不封閉的矩形，所述矩形的開口向上。每條縫隙的長度 約為對應(yīng)諧振頻率(5. 25GHz)波長的1/2。由于縫隙5和縫隙6相隔諧振頻率對應(yīng)波長 長度的四分之一，根據(jù)濾波器理論，相當于嵌入了一組二階帶阻濾波器，能產(chǎn)生陡峭的陷波 特性，提高了天線的濾波性能。該帶阻濾波器的阻帶中心頻率為每條縫隙長度對應(yīng)的諧振 頻率。調(diào)節(jié)縫隙的橫向長度，并保持縫隙的中心諧振頻率不變(即保持每條縫隙的長度不 變)，就能改變諧振器與天線之間的耦合，從而控制阻帶的帶寬。本實施例中超寬帶陷波天線，阻帶覆蓋5. 15GHz-5. 35GHz (WLAN的低頻段)。首先 利用HFSS仿真軟件設(shè)計出圖1所示的超寬帶天線，所述天線的長為34mm，寬為30mm，厚為 0. 8mm。然后根據(jù)阻帶設(shè)計要求，阻帶中心頻率取中間值，即為5. 25GHz，利用微波公式，每條
縫隙長度的初值3=* = ^^ = ^:^^^式中c代表光速，f代表諧振頻率，ε^代表介電
常數(shù)，相波長，為了獲得更準確的初始值，利用HFSS軟件優(yōu)化校正為19.4mm?？p隙的 橫向長度(即縫隙5或縫隙6所形成的矩形的長度)初始值取9mm，縫隙的另外兩個參數(shù) (具體是指縫隙所形成的矩形高度，以及矩形開口處的寬度)對帶寬基本沒影響，可以任意 設(shè)定，但前提是保持每條縫隙的長度基本不變(這時候阻帶的中心頻率基本不變)。讓兩個
Q
縫隙的中心距離相隔四分之一波長，即匸二^^ = 9·1"""。根據(jù)阻帶帶寬的要求調(diào)節(jié)縫隙
的橫向長度(本實施例中阻帶帶寬為200MHz)，如果阻帶帶寬過寬，則是耦合過強，應(yīng)減小 縫隙橫向長度；如果阻帶帶寬過窄，則是耦合過強，應(yīng)加長縫隙橫向長度。。利用HFSS軟件 調(diào)整縫隙的橫向長度即可優(yōu)化出滿足阻帶帶寬要求的超寬帶陷波天線。本實施例中一種阻帶帶寬可控的超寬帶陷波天線的回波損耗仿真曲線如圖2所 示，可見在5. 15GHz 5. 35GHz頻段產(chǎn)生了陡峭的陷波特性，回波損耗抑制在_5dB以上，且 阻帶很陡峭。本實施例中一種阻帶帶寬可控的超寬帶陷波天線采用不同的縫隙間距對應(yīng)的天 線回波損耗曲線如圖3所示，圖中的縱坐標IS11I表示回波損耗。圖3正方形標注的曲線對 應(yīng)的縫隙間距為0. 13個波長長度，五角星標注的曲線對應(yīng)的縫隙間距為0. 17個波長長度， 實線標注的曲線對應(yīng)的縫隙間距為0. 25個波長長度。從圖3可以發(fā)現(xiàn)縫隙的間距是本實用新型的關(guān)鍵，只有當兩個縫隙剛好相隔大約四分之一個波長長度時，才能產(chǎn)生很好的濾 波特性。本實施例中一種阻帶帶寬可控的超寬帶陷波天線的測量增益曲線如圖4所示，圖 中的縱坐標Is11I表示回波損耗，可以看出，在整個工作頻段內(nèi)，增益隨著頻率 增加而緩慢 增大，天線增益大約為2dBi 6dBi。在5. 25GHz頻率附近，超寬帶天線的增益顯著下降 至_4dBi左右，有效地抑制了 WLAN窄帶系統(tǒng)的干擾。實施例二一種阻帶帶寬可控的超寬帶陷波天線，如圖5所示，實線所示為正面結(jié)構(gòu)，虛線所 示為背面結(jié)構(gòu)。由矩形介質(zhì)板3，和在矩形介質(zhì)板3上下表面的兩層金屬鍍層組成，所述矩 形介質(zhì)板3的上表面設(shè)有饋線1、輻射單元4，所述饋線1的上部與輻射單元4相連，所述輻 射單元4嵌入上下兩條縫隙(縫隙5和縫隙6)，縫隙5和縫隙6就嵌入在天線的輻射單元 4上，并且縫隙5和縫隙6相隔四分之一波長(見圖5中的L)；所述介質(zhì)板的下表面的下部 設(shè)有接地單元。所述輻射單元4前端采用了半圓的漸變結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)漸變性使得天線從一個頻率諧 振模式平緩地過渡到另一個頻率諧振模式，確保了在較寬的頻帶內(nèi)獲得良好的阻抗匹配。所述輻射單元4的左右兩邊各挖去了一個矩形，所述矩形為正方形，這樣可以改 善超寬帶天線的高頻匹配特性。所述縫隙5和縫隙6為平行的直線。每條縫隙的長度約為對應(yīng)諧振頻率波長的 1/2。由于縫隙5和縫隙6相隔四分之一波長，根據(jù)濾波器理論，相當于嵌入了一組二階帶阻 濾波器，能產(chǎn)生陡峭的陷波特性，提高了天線的濾波性能。該帶阻濾波器的阻帶中心頻率為 每條縫隙長度對應(yīng)的諧振頻率。(由于此例中縫隙為平行的直線，因此在縫隙總長不變時， 不可通過改變縫隙的橫向長度控制天線的阻帶帶寬，但可通過其它的技術(shù)手段控制天線的 阻帶帶寬)。實施例三一種阻帶帶寬可控的超寬帶陷波天線，其結(jié)構(gòu)如圖6所示，實線所示為正面結(jié)構(gòu)， 虛線所示為背面結(jié)構(gòu)。由矩形介質(zhì)板3，和在矩形介質(zhì)板3上下表面的兩層金屬鍍層組成， 所述矩形介質(zhì)板3的上表面設(shè)有饋線1、輻射單元4，所述饋線1的上部與輻射單元4相連， 所述輻射單元4嵌入上下兩條縫隙(縫隙5和縫隙6)，縫隙5和縫隙6就嵌入在天線的輻 射單元4上，并且縫隙5和縫隙6相隔四分之一波長(見圖6中的L)；所述介質(zhì)板的下表 面的下部設(shè)有接地單元。所述輻射單元4前端采用了半圓的漸變結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)漸變性使得天線從一個頻率諧 振模式平緩地過渡到另一個頻率諧振模式，確保了在較寬的頻帶內(nèi)獲得良好的阻抗匹配。所述輻射單元4的左右兩邊各挖去了一個矩形，所述矩形為正方形，這樣可以改 善超寬帶天線的高頻匹配特性。所述縫隙5和縫隙6為平行的曲形。每條縫隙的長度約為對應(yīng)諧振頻率波長的 1/2。由于縫隙5和縫隙6相隔四分之一波長，根據(jù)濾波器理論，相當于嵌入了一組二階帶 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。該帶阻濾波器的阻帶中心頻率 為每條縫隙長度對應(yīng)的諧振頻率。調(diào)節(jié)縫隙的橫向長度，并保持縫隙的中心諧振頻率不變 (即通過改變縫隙5和縫隙6的弧度，使其在長度不變的情況下，水平寬度改變)，就能改變諧振器與天線之間 的耦合，從而控制阻帶的帶寬。 上述實施例為本實用新型較佳的實施方式，但本實用新型的實施方式并不受所述 實施例的限制，其他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(yīng)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1.一種阻帶帶寬可控的超寬帶陷波天線，由介質(zhì)板，和在介質(zhì)板上下表面的兩層金屬 鍍層組成，其特征在于，所述介質(zhì)板的上表面設(shè)有饋線、輻射單元，所述饋線的上部與輻射 單元相連，所述輻射單元嵌入上下兩條縫隙，所述兩條縫隙相隔四分之一波長；所述介質(zhì)板 的下表面的下部設(shè)有接地單元。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種阻帶帶寬可控的超寬帶陷波天線，其特征在于，所述輻射 單元前端為半圓結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種阻帶帶寬可控的超寬帶陷波天線，所述縫隙為不封閉的矩形。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述一種阻帶帶寬可控的超寬帶陷波天線，所述矩形的開口向上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種阻帶帶寬可控的超寬帶陷波天線，所述縫隙為兩條平行線。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種阻帶帶寬可控的超寬帶陷波天線，所述縫隙為兩條平行的 曲線。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種阻帶帶寬可控的超寬帶陷波天線，所述輻射單元的左右兩 邊分別開有一個矩形缺口。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述一種阻帶帶寬可控的超寬帶陷波天線，所述輻射單元的矩形缺 口為正方形。
專利摘要本實用新型公開了一種阻帶帶寬可控的超寬帶陷波天線，由介質(zhì)板，和在介質(zhì)板上下表面的兩層金屬鍍層組成，所述介質(zhì)板的上表面設(shè)有饋線、輻射單元，所述饋線的上部與輻射單元相連，所述輻射單元嵌入上下兩條縫隙，所述兩條縫隙相隔四分之一波長；所述介質(zhì)板的下表面的下部設(shè)有接地單元。本實用新型天線具有陡度更大、濾波效果好、匹配特性好以及阻帶中心頻率和阻帶帶寬可控等優(yōu)點。
文檔編號H01Q1/38GK201877573SQ20102059035
公開日2011年6月22日 申請日期2010年10月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月29日
發(fā)明者褚慶昕, 黃天貴 申請人:華南理工大學(xué)