一種雙阻帶可切換且連續(xù)可調(diào)的uwb天線及其應(yīng)用方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及天線技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種雙阻帶可切換且連續(xù)可調(diào)的UWB天線及 其應(yīng)用方法。
【背景技術(shù)】
[0002] UWB天線由于超寬帶的特性，近些年被全球?qū)W者廣泛研究。一般認(rèn)為，UWB天線的 頻譜為3. 1-10. 6GHz (S11小于-IOdB)。而UWB天線覆蓋的頻率范圍與許多其他頻段相重 疊，例如5-6GHz的WLAN頻段，8-12GHZ的X波段等。如果不對(duì)這種重疊采取措施則會(huì)造成 電磁干擾，因此，在UWB天線的頻帶中，某些不需要的頻段需要加以屏蔽，即在特定的頻段 處產(chǎn)生阻帶，這就是帶阻UWB天線。而隨著智能天線的發(fā)展，可重構(gòu)技術(shù)也出現(xiàn)在天線中， 例如阻帶可切換和阻帶連續(xù)可調(diào)。開關(guān)二極管由于其開關(guān)功能可以實(shí)現(xiàn)阻帶切換，而變?nèi)?二極管的電容可隨電壓連續(xù)變化因而能夠使阻帶的中心頻點(diǎn)連續(xù)變化。
[0003] 而目前，現(xiàn)有的阻帶UWB天線只能實(shí)現(xiàn)幾個(gè)阻帶之間的切換或一個(gè)阻帶內(nèi)中心頻 率的連續(xù)可調(diào)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 發(fā)明目的：本發(fā)明的目的在于解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提供一種雙阻帶可切 換且連續(xù)可調(diào)的UWB天線及其應(yīng)用方法。
[0005] 技術(shù)方案：本發(fā)明的一種雙阻帶可切換且連續(xù)可調(diào)的UWB天線，包括UWB天線和阻 帶結(jié)構(gòu)，所述阻帶結(jié)構(gòu)設(shè)置于UWB天線中饋線的兩側(cè)，阻帶結(jié)構(gòu)中兩個(gè)開關(guān)二極管、兩個(gè)變 容二極管以及其他微帶枝節(jié)線結(jié)構(gòu)為串聯(lián)關(guān)系；而UWB天線的輻射器和地板分別在介質(zhì)板 的頂層和底層，阻帶結(jié)構(gòu)（頂層）印刷在饋線兩旁；
[0006] 其中，當(dāng)在兩個(gè)開關(guān)二極管兩端分別加 OV和5V電壓時(shí)，實(shí)現(xiàn)導(dǎo)通和截止兩個(gè)狀 態(tài)，對(duì)應(yīng)兩個(gè)阻帶之間的切換；當(dāng)在兩個(gè)變?nèi)荻O管兩端加上0~15V的連續(xù)變化電壓時(shí)， 使得其電容產(chǎn)生連續(xù)變化，從而使阻帶的中心頻率連續(xù)可調(diào)。
[0007] 本發(fā)明還公開了一種雙阻帶可切換且連續(xù)可調(diào)的UWB天線的應(yīng)用方法，包括以下 步驟：
[0008] (1)提取不同電壓下變?nèi)荻O管和開關(guān)二極管的等效RLC電路的電阻值、電感值 和電容值；
[0009] (2)選取任意一種UWB天線作為結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，產(chǎn)生3. 1-10. 6GHZ的帶寬；
[0010] ⑶在步驟⑵中選取的UWB天線的基礎(chǔ)上添加所述阻帶結(jié)構(gòu)，包括一對(duì)開關(guān)二極 管和一對(duì)變?nèi)荻O管，用步驟（1)中得到的各組電阻、電感和電容參數(shù)來(lái)模擬不同電壓下 的二極管狀態(tài)；
[0011] ⑷進(jìn)行匹配調(diào)節(jié)，使除阻帶以外的頻帶獲得良好匹配。
[0012] 有益效果：本發(fā)明中安裝了帶有變?nèi)荻O管和開關(guān)二極管的阻帶結(jié)構(gòu)，通過改變 開關(guān)二極管和變?nèi)荻O管兩端的電壓，實(shí)現(xiàn)阻帶可切換和阻帶中心頻率連續(xù)可調(diào)的功能。 另外，本發(fā)明首次提出同時(shí)實(shí)現(xiàn)阻帶可切換和阻帶連續(xù)可調(diào)功能的UWB天線，將阻帶可切 換UWB天線和阻帶連續(xù)可調(diào)UWB天線結(jié)合起來(lái)。
【附圖說(shuō)明】
[0013] 圖1為實(shí)施例中變?nèi)荻O管的示意圖；
[0014] 圖2為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015] 圖3為實(shí)施例測(cè)試結(jié)果中反射系數(shù)與頻率的關(guān)系示意圖；
[0016] 圖4為實(shí)施例測(cè)試結(jié)果中反射系數(shù)與頻率的關(guān)系示意圖；
[0017] 圖5為實(shí)施例中不同實(shí)測(cè)方向的測(cè)試結(jié)果示意圖。
[0018] 其中，圖1(a)為變?nèi)荻O管的spice模型示意圖，圖1(b)為變?nèi)荻O管封裝尺寸 的俯視圖，圖1(c)為變?nèi)荻O管正方向的封裝尺寸示意圖；圖2(a)為本發(fā)明的整體效果 圖，圖2(b)為圖2(a)的側(cè)視圖，圖2(c)為本發(fā)明中的阻帶結(jié)構(gòu)示意圖；圖4(a)為開關(guān)二 極管兩端電壓為OV (即OFF狀態(tài)）時(shí)，變?nèi)荻O管電壓為0V、8V和15V下的阻帶情況示意 圖；圖4(b)為開關(guān)二極管兩端電壓為5V(即ON狀態(tài)）時(shí)，變?nèi)荻O管電壓為0V、8V和15V 下的阻帶情況示意圖；圖5 (a)為4GHz下的E面與H面示意圖，圖5 (b)為8GHz下的E面與 H面的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019] 下面對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明，但是本發(fā)明的保護(hù)范圍不局限于所述實(shí)施 例。
[0020] 如圖1和圖2所示，本發(fā)明的一種雙阻帶可切換且連續(xù)可調(diào)的UWB天線，包括UWB 天線以和阻帶結(jié)構(gòu)，所述阻帶結(jié)構(gòu)中設(shè)有兩個(gè)開關(guān)二極管和兩個(gè)變?nèi)荻O管；
[0021] 其中，當(dāng)在兩個(gè)開關(guān)二極管兩端分別加 OV和5V電壓時(shí)，實(shí)現(xiàn)導(dǎo)通和截止兩個(gè)狀 態(tài)，對(duì)應(yīng)兩個(gè)阻帶之間的切換；當(dāng)在兩個(gè)變?nèi)荻O管兩端加上0~15V的連續(xù)變化電壓時(shí)， 使得其電容產(chǎn)生連續(xù)變化，從而使阻帶的中心頻率連續(xù)可調(diào)。
[0022] 上述雙阻帶可切換且連續(xù)可調(diào)的UWB天線的應(yīng)用方法，包括以下步驟：
[0023] (1)提取不同電壓下變?nèi)荻O管和開關(guān)二極管的等效RLC電路的電阻值、電感值 和電容值；
[0024] (2)選取任意一種UWB天線作為結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，產(chǎn)生3. 1-10. 6GHZ的帶寬；
[0025] (3)在步驟⑵中選取的UWB天線的基礎(chǔ)上添加所述阻帶結(jié)構(gòu)，包括一對(duì)開關(guān)二極 管和一對(duì)變?nèi)荻O管，用步驟（1)中得到的各組電阻、電感和電容參數(shù)來(lái)模擬不同電壓下 的二極管狀態(tài)；
[0026] (4)進(jìn)行匹配調(diào)節(jié)，使除阻帶以外的頻帶獲得良好匹配。
[0027] 實(shí)施例1 :
[0028] 首先，下載型號(hào)為SMV1231-079LF的變?nèi)荻O管和型號(hào)為SMP1320-079LF的開關(guān) 二極管datasheet，找到SMV1231-079LF的變?nèi)荻O管的spice模型和封裝尺寸，如圖1所 示，其中，該變?nèi)荻O管的偏壓-電容參見表1 ;
[0029] 表1偏壓-電容值
[0030]
[0031] 然后在ADS中添加 spice模型掃頻范圍設(shè)置在3· 1-10. 6GHz，輸出Z參數(shù)，得到等 效RLC串聯(lián)電路的電阻R值、電感L值和電容C值；并與datasheet中的偏壓-電容表格對(duì) 比以確認(rèn)提取正確。其中開關(guān)二極管分別添加 OV和5V的電壓，變?nèi)荻O管分別添加0V-15V 的咼散電壓。
[0032] 如圖2所示，接著，選擇輻射器為圓形的微帶UWB天線，產(chǎn)生3. 1-10. 6G Hz的頻帶， UWB天線的饋線兩側(cè)為所述阻帶結(jié)構(gòu)，其中，A表示開關(guān)二極管（PIN)，B表示變?nèi)荻O管，并 且與阻帶其他結(jié)構(gòu)彼此串聯(lián)；添加 Lumped RLC結(jié)構(gòu)用于模擬變?nèi)荻O管和開關(guān)二極管，其 長(zhǎng)度依據(jù)datasheet里的封裝尺寸設(shè)定，這里選取I. 5mm。
[0033] 最后，切去在地板上端兩個(gè)角以改善匹配，如圖2(a)所示。通過調(diào)節(jié)三角形的長(zhǎng) 與寬，實(shí)現(xiàn)天線的最佳匹配效果；圖2(c)為阻帶結(jié)構(gòu)示意圖，圖中只畫出了一邊阻帶結(jié)構(gòu)， 另一邊完全對(duì)稱。
[0034] 圖3為測(cè)試結(jié)果示意圖，圖中兩條曲線分別對(duì)應(yīng)變?nèi)荻O管兩端電壓為OV時(shí)，開 關(guān)二極管電壓為OV或5V下的阻帶情況，從該測(cè)試結(jié)果可以看出開關(guān)二極管的ON和OFF狀 態(tài)可以實(shí)現(xiàn)2個(gè)阻帶之間的切換。
[0035] 并且圖4的測(cè)試結(jié)果也表明，本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)兩阻帶切換且?guī)?nèi)連續(xù)可調(diào)。
[0036] 而圖5中的測(cè)試結(jié)果則說(shuō)明本發(fā)明的非阻帶頻段的輻射性能良好，阻帶結(jié)構(gòu)沒有 對(duì)其造成明顯影響。
[0037] 綜上所述，本發(fā)明中的雙阻帶可切換且連續(xù)可調(diào)的UWB天線，可以通過改變阻帶 結(jié)構(gòu)的電長(zhǎng)度以及二極管的型號(hào)，實(shí)現(xiàn)不同頻段下的阻帶切換和阻帶內(nèi)獨(dú)立可調(diào)，具有廣 闊的應(yīng)用前景。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種雙阻帶可切換且連續(xù)可調(diào)的UWB天線，其特征在于：包括UWB天線和阻帶結(jié)構(gòu)， 所述阻帶結(jié)構(gòu)設(shè)置于UWB天線中饋線的兩側(cè)，阻帶結(jié)構(gòu)中兩個(gè)開關(guān)二極管、兩個(gè)變?nèi)荻O 管以及其他微帶枝節(jié)線結(jié)構(gòu)為串聯(lián)關(guān)系； 其中，當(dāng)在兩個(gè)開關(guān)二極管兩端分別加OV和5V電壓時(shí)，實(shí)現(xiàn)導(dǎo)通和截止兩個(gè)狀態(tài)，對(duì) 應(yīng)兩個(gè)阻帶之間的切換；當(dāng)在兩個(gè)變?nèi)荻O管兩端加上0~15V的連續(xù)變化電壓時(shí)，使得其 電容產(chǎn)生連續(xù)變化，從而使阻帶的中心頻率連續(xù)可調(diào)。2. -種如權(quán)利要求1所述的雙阻帶可切換且連續(xù)可調(diào)的UWB天線的應(yīng)用方法，其特征 在于：包括以下步驟： (1) 提取不同電壓下變?nèi)荻O管和開關(guān)二極管的等效RLC電路的電阻值、電感值和電 容值； (2) 選取任意一種UWB天線，產(chǎn)生3. 1-10. 6GHZ的帶寬； (3) 在步驟（2)中選取的UWB天線的基礎(chǔ)上添加所述阻帶結(jié)構(gòu)，包括一對(duì)開關(guān)二極管和 一對(duì)變?nèi)荻O管，用步驟（1)中得到的各組電阻、電感和電容參數(shù)來(lái)模擬不同電壓下的二 極管狀態(tài)； (4) 進(jìn)行匹配調(diào)節(jié)，使除阻帶以外的頻帶獲得良好匹配。
【專利摘要】本發(fā)明公開一種雙阻帶可切換且連續(xù)可調(diào)的UWB天線及其應(yīng)用方法，包括UWB天線以及阻帶結(jié)構(gòu)，所述阻帶結(jié)構(gòu)中設(shè)有兩個(gè)開關(guān)二極管和兩個(gè)變?nèi)荻O管；其中，當(dāng)在兩個(gè)開關(guān)二極管兩端分別加0V和5V電壓時(shí)，實(shí)現(xiàn)導(dǎo)通和截止兩個(gè)狀態(tài)，對(duì)應(yīng)兩個(gè)阻帶之間的切換；當(dāng)在兩個(gè)變?nèi)荻O管兩端加上0～15V的連續(xù)變化電壓時(shí)，使得其電容產(chǎn)生連續(xù)變化，從而使阻帶的中心頻率連續(xù)可調(diào)。本發(fā)明首次提出同時(shí)實(shí)現(xiàn)阻帶可切換和阻帶連續(xù)可調(diào)功能的UWB天線，將阻帶可切換UWB天線和阻帶連續(xù)可調(diào)UWB天線結(jié)合起來(lái)。
【IPC分類】H01Q23/00, H01Q1/50
【公開號(hào)】CN105244621
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510674386
【發(fā)明人】崔鐵軍, 李允博, 吳偉
【申請(qǐng)人】東南大學(xué)
【公開日】2016年1月13日
【申請(qǐng)日】2015年10月15日