一種基于Mushroom-EBG結(jié)構(gòu)的雙陷波UWB天線的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種天線，特別是一種基于Mushroom-EBG結(jié)構(gòu)的雙陷波UWB天線。將 蘑燕形電磁帶隙結(jié)構(gòu)（Mushroom-EBG)與正六邊形超寬帶（UWB)天線的饋線稱合，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 線個(gè)人局域網(wǎng)（WLAN)兩個(gè)頻段的信號(hào)，適用于UWB無線通信系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 2002 年 2 月美國聯(lián)邦通信委員會(huì)（FederalCommunicationsCommission :FCC) 將3. 1~10. 6GHz頻段劃為商用的UWB無線通信業(yè)務(wù)使用，自此以后，超寬帶技術(shù)獲得了 快速發(fā)展，UWB天線的研究與設(shè)計(jì)作為UWB無線通信的關(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)有無線通信系統(tǒng)的某些頻段重合，如全球微波互聯(lián)接入 ([麻父，3.36抱-3.66抱），無線個(gè)人局域網(wǎng)（肌^^，（5.156抱-5.8256抱））等。為了減少而8 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] (1)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Mushroom-EBG結(jié)構(gòu)分別加載于正六 邊形UWB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] -種基于Mushroom-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 Mushroom-EBG 單兀（40，50 )。
[0012] 所述的一種基于Mushroom-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Mushroom-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Mushroom-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 成奉禹合，包括介質(zhì)基板（20)上表面的EBG金屬貼片和兩個(gè)金屬圓柱形過孔（41，51)。
[0014] 所述的一種基于Mushroom-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金屬貼片的中心。
[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] (l)Mushroom-EBG的加載沒有增加天線的尺寸，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，大于136%，VSWR〈2的最低頻率為2. 28GHz，而最高頻率大 于 12GHz。
[0018] (3)加載Mushroom-EBG結(jié)構(gòu)，對(duì)天線的福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）可以通過調(diào)節(jié)兩個(gè) Mushroom-EBG結(jié)構(gòu)單元參數(shù)進(jìn)行獨(dú)立地控制。
【附圖說明】
[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Mushroom-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 Mushroom-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（U-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，長為L 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W f。
[0031] 兩個(gè)尺寸參數(shù)不同的Mushroom-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)形成稱合，兩個(gè)Mushroom-EBG單元（40,50)與50歐姆饋線的距離分別為 gp 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,邊長分別為 ai、a2，沒有增加天線的尺寸，保持了天線的小型化。兩個(gè)金屬圓柱形過孔 (41，51)分別位于兩個(gè)EBG金屬貼片的中心，半徑分別為 ri、r2。
[0033] 如圖3所示，這里從該UWB天線的主視圖來說明Mushroom-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Mushroom-EBG單元（40 )為例進(jìn)行說明，當(dāng)通 過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f禹合 電容C 1(l，與部分金屬接地板（10)通過介質(zhì)基板（20)形成稱合電容Cn，通過金屬圓柱 形過孔（41)的電流回路等效為電感L 1(l，從而形成了一個(gè)并聯(lián)LC諧振回路，諧振頻率
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于Mus虹oom-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)、天線福射貼片（30)、50歐姆饋線（31)和兩個(gè)尺寸參數(shù)不同的 Mus虹oom-EBG 單元（40，50 )。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于Mus虹oom-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)， 天線福射貼片（30 )為正六邊形。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于Mus虹oom-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Mus虹oom-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)形成禪合，包括介質(zhì)基板（20)上表面的邸G金屬貼片和兩個(gè)金屬圓柱形過孔 (41，51)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于Mus虹oom-EBG結(jié)構(gòu)的雙陷波UWB天線，其特征在 于；兩個(gè)金屬圓柱形過孔（41，51)貫穿于邸G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金屬貼片的中也。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于Mushroom-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)蘑菇形電磁帶隙（Mushroom-EBG）結(jié)構(gòu)單元（40，50）。將兩個(gè)尺寸參數(shù)不同的Mushroom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，有效地濾除了WIMAX和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無線通信系統(tǒng)。
【IPC分類】H01Q1-52, H01Q1-38, H01Q1-48
【公開號(hào)】CN104681949
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201310617530
【發(fā)明人】張道亮, 金佳佳, 喻人杰
【申請(qǐng)人】哈爾濱飛羽科技有限公司
【公開日】2015年6月3日
【申請(qǐng)日】2013年11月27日