一種小型三陷波超寬帶天線的製作方法

2023-05-02 09:43:26 4

本發明屬於移動通信系統和無線通信領域，具體涉及一種小型三陷波超寬帶天線。
背景技術：
：自從2002年美國通信委員會(US-FCC)將3.1～10.6GHz的頻帶劃分為超寬帶(UWB)商業用途後，超寬帶系統已經越來越具有吸引力，許多新湧現出的超短波通信系統都工作在此頻段內。由於超寬帶系統工作頻帶極寬，與其它窄帶系統往往存在頻譜重疊，如3.3～3.6GHz的無線城域網(WorldwideInteroperabilityforMicrowaveAccess,WiMAX)頻段和5.1～5.9GHz的無線區域網(WirelessLocalAreaNetworks,WLAN)。為了降低不同通信系統間的相互幹擾，具有頻帶阻隔特性的陷波超寬帶天線設計成為研究熱點。陷波超寬帶天線最初由美國Schantz等人於2003年提出，可以通過引入寄生單元、分形結構、調諧枝節、開槽等方式實現。這些方式中，開槽結構由於其實現比較簡單，且對工作頻帶內的阻抗匹配影響較小，因而獲得廣泛應用。開槽形狀各異，如直線形槽、V形槽、U形槽等，但它們的共同原理都是通過改變天線表面電流的分布，從而達到頻率阻隔的效果。例如Ye.等人提出的超寬帶縫隙天線(參考文獻：YeLiang-huaandChuQing-xin.Improvednotch-bandslotUWBantennawithsmallsize[J].ActaElectronicaSinica,2010,38(12):2862-2867.)中通過在輻射貼片上開C形槽，同時在接地板上開細長縫隙以形成陷波結構，這種結構的帶寬比較寬，陷波特性良好；Badamchi等人提出的可重構超寬帶帶天線，該天線在微帶饋電線和輻射貼片開槽，同時輻射貼片上的回形槽由兩個二極體連通並通過控制兩個二極體的狀態使天線實現單陷波與雙陷波的切換。現有的多陷波天線存在體積較大、結構複雜並且不能同時屏蔽多個窄帶系統的影響等缺點，無法適應通信應用設備輕薄化、多功能一體化的趨勢。技術實現要素：本發明的目的在於提供一種三陷波超寬帶天線，實現簡化天線結構，降低尺寸和成本，改善阻抗帶寬的寬度，並且同時實現對3.5GHzWiMAX、5.2/5.8GWLAN等窄帶信號的陷波特性。該天線具有小型化、結構簡單、易於製作等特點。通過在輻射貼片單元上進行組合開槽與小矩形地板相結合，可實現單個天線的三陷波超寬帶特性。一種小型三陷波超寬帶天線，其特徵在於，包括介質基板1、微帶饋線2、矩形輻射貼片3及矩形接地板4；所述微帶饋線2與矩形輻射貼片3設置在介質基板1正面，矩形輻射貼片與微帶饋線相連，且矩形輻射貼片設置在微帶饋線上方，其中，微帶饋線呈矩形，矩形輻射貼片為對稱結構；矩形輻射貼片兩側對稱開設有兩個倒T形槽，位於倒T形槽上開設有梳狀槽，梳狀槽下方依次開設有倒C形槽和兩個對稱的矩形槽，且梳狀槽中部還保留有兩塊正方形貼片；所述矩形接地板4設置在介質基板背面底部，矩形接地板水平方向寬度與介質基板寬度相同；所述矩形接地板豎直方向寬度較窄。所述微帶輻射單元通過微帶饋線2進行饋電；所述微帶饋線2的長度為6mm，寬度為2mm；所述矩形輻射貼片3為正方形，且邊長為9mm；所述倒T形槽包括豎槽「|」和橫槽「_」，其中豎槽「|」的長為6.43-6.57mm，寬為0.4-0.6mm；橫槽「_」的長為2.87-3.12mm，寬為0.5mm；所述梳狀槽7包括五個豎槽「|」和一個橫槽「_」，其中橫槽「_」的長為8mm，寬為0.5mm；五個豎槽「|」的長從左到右依次為6.45-6.53mm、6.42-6.51mm、2.5mm、6.42-6.51mm、6.45-6.53mm，寬從左到右依次為0.5mm、0.5mm、3mm、0.5mm、0.5mm；所述C形槽8包括兩個豎槽「|」和一個橫槽「_」，其中兩個豎槽「|」的長和寬均為0.5mm；橫槽「_」的長為2mm，寬為0.5mm；所述矩形槽的長為1.48-1.52mm，寬為0.5mm；所述正方形貼片的邊長為0.47-0.52mm；所述介質基板1背面底端的矩形接地板4長度為1.5mm，寬度為10mm。所述介質基板1為FR4環氧樹脂材質，介質基板厚度為1.5mm。通過設計微帶輻射單元結構並與窄矩形地板相結合的方式，該小型三陷波段超寬帶天線可實現2.2-14.6GHz的阻抗帶寬，且可實現各自獨立、互不耦合的的陷波特性。有益效果本發明公開了一種小型三陷波超寬帶天線，包括介質基板1、微帶饋線2、矩形輻射貼片3及矩形接地板4；所述微帶饋線2和矩形輻射貼片3設置在介質基板1上，其中微帶饋線呈矩形，矩形輻射貼片採用對稱結構，實現陷波特性；在矩形輻射貼片部分設計兩個倒T型槽結構5和6實現了5.2/5.8GHz陷波，一個梳狀槽7實現了3.5GHz陷波，然後開一個C形槽8、兩個矩形槽9和10並保留梳狀槽中部兩個正方形貼片11和12將5.2GHz和5.8GHz兩個特定陷波各自分離實現；組合輻射貼片結構和較窄的矩形地板4實現了從2.2-14.6GHz範圍內的極寬的阻抗帶寬。這樣的組合設計能夠滿足超寬帶的通信應用需求，且能有效抑制來自3.5GHzWiMAX、5.2/5.8GHzWLAN等窄帶通信系統的幹擾信號。由於採用印刷天線的結構，天線體積得到大幅度的減小。相比於現有技術中的陷波超寬帶天線，本發明具有體積小、結構簡單、陷波特性好、阻抗帶寬寬的特點。與同類設計對比，現有的設計大多只能實現單或雙陷波應用且體積偏大。要想在狹小的空間內實現天線的超寬帶和三陷波特性是非常困難的，這是因為一方面因為陷帶的控制受制於空間，另一方面各相鄰陷帶間容易發生相互耦合。本發明通過在矩形輻射貼片上對稱開設各種貼片槽，且巧妙將各個貼片槽分布在矩形輻射貼片上，成功實現了3.28～3.84GHz、5.08～5.32GHz、5.52～5.88GHz三個陷波，能夠同時屏蔽來自3.5GHzWiMAX、5.2/5.8GHzWLAN等窄帶通信系統的幹擾信號；並且結構簡單、體積較小、陷波特性好、阻抗帶寬寬，因此大大增加了其適用範圍。附圖說明圖1是本發明所述天線結構示意圖，其中，(a)為天線側視圖，(b)為天線正面圖，(c)為天線反面圖，(d)為天線開槽示意圖；圖2是實施例小型三陷波超寬帶天線的S11曲線圖；圖3是實施例小型三陷波超寬帶天線矩形輻射貼片各種結構對應的S11曲線圖，其中，(a)為矩形輻射貼片未開槽時對應的S11曲線圖，(b)為輻射貼片開兩個倒T形槽時對應的S11曲線圖，(c)為兩個倒T形槽、一個梳狀槽結合時對應的S11曲線圖，(d)為兩個倒T形槽、一個梳狀槽、一個C形槽、兩個矩形槽以及兩個正方形方形貼片組合所對應的S11曲線圖；圖4是實施例小型三陷波超寬帶天線天線對應的電流分布圖；圖5是實施例小型三陷波超寬帶天線的增益曲線圖；圖6是實施例S11隨兩個倒T形槽豎槽寬度w7變化的曲線圖。具體實施方式下面將結合附圖和實施例對本發明做進一步的說明。如圖1所示，一種小型三陷波超寬帶天線，包括介質基板1、微帶饋線2、矩形輻射貼片3及矩形接地板4；所述微帶饋線2與矩形輻射貼片3設置在介質基板1正面，矩形輻射貼片與微帶饋線相連，且矩形輻射貼片設置在微帶饋線上方，其中，微帶饋線呈矩形，矩形輻射貼片為對稱結構；矩形輻射貼片兩側對稱開設有兩個倒T形槽，分別為第一倒T形槽5和第二倒T形槽6，位於倒T形槽上開設有梳狀槽，梳狀槽下方依次開設有倒C形槽和兩個對稱的矩形槽，分別為第一矩形槽9和第二矩形槽10，且梳狀槽中部還保留有兩塊正方形貼片，分別為第一正方形貼片11和第二正方形貼片12；所述矩形接地板4設置在介質基板背面底部，矩形接地板水平方向寬度與介質基板寬度相同；所述矩形接地板豎直方向寬度較窄。所述微帶輻射單元通過微帶饋線2進行饋電；實施例：天線結構如圖1所示，對應參數標於其上，天線印製在尺寸為16×10×1.5mm3的介質基板上1上，即FR4基板上。介質基板1的正面是矩形微帶饋線2和矩形輻射貼片3。基板背面的矩形接地板4豎直方向寬度較窄。具體參數列表見表1：表1天線參數明細參數ll1l2l3l4l5l6l7l8l9l10l11尺寸(mm)16960.50.57641.51.53.51.5參數ww1w2w3w4w5w6w7w8w9w10w11尺寸(mm)109231.50.51.50.50.50.510.5圖2是實施例小型三陷波超寬帶天線的回波損耗曲線圖，從圖中可以看出，天線在3.1-10.6GHz頻帶範圍內實現了超寬帶工作特性；且實現了3.28～3.84GHz，5.08～5.32GHz，5.52～5.88GHz三個頻段的陷波功能，能夠同時屏蔽來自WiMAX(3.3-3.7GHz)、WLAN(5.15-5.825GHz)等窄帶通信系統的幹擾信號。圖3是實施例小型三陷波超寬帶天線矩形輻射貼片各種結構對應的S11曲線圖，從圖中可以看出，在矩形輻射貼片部分利用兩個倒T型槽結構實現了5.2/5.8GHz陷波，如圖3(b)所示；利用兩個倒T型槽、一個梳狀槽實現了3.5GHz陷波，如圖3(c)所示；利用一個C形槽、兩個矩形槽以及梳狀槽中部兩個正方形貼片將5.2GHz和5.8GHz兩個特定陷波各自分離實現，如圖3(d)所示。總之，通過設計矩形輻射貼片結構並與窄矩形接地板結合，可實現各自獨立、互不耦合的三陷波特性。圖4是實施例小型小型三陷波超寬帶天線對應的電流分布圖，其中，箭頭表示電流的流向，其粗細和疏密程度表示電流的強弱。激勵電流產生天線的陷波，電流主要集中在某個範圍時，表明是該部分的結構引起的激勵電流。圖4中，對應各陷波的激勵電流分別由不同的結構引起。從圖中可以看出，在3.5/5.2/5.8GHz三個不同陷波，產生各自陷波的激勵電流主要分布在不同的矩形輻射貼片結構中，這說明本發明通過矩形輻射貼片結構設計與矩形地板相結合的方式可以實現各自分離、互不耦合的三陷波特性。具體來說，當天線實現3.5GHz陷波時，如圖4(a)所示，電流主要分布在梳狀槽附近；當天線實現5.2GHz/5.8GHz陷波時，如圖4(b)和4(c)所示，電流主要分布在兩個倒T形槽附近。圖5是實施例小型三陷波超寬帶天線的增益曲線圖，從圖中可以看出，天線在通帶內增益保持在2～5dB上下，而在阻帶內增益則下降至-8dB以下。這說明天線在通帶內能夠正常工作，而在阻帶內由於增益不足無法正常工作。圖6是實施例小型三陷波超寬帶天線主要參數掃描分析。從圖中可以看出，當兩個倒T形槽豎槽的寬度w7取值範圍為0.4-0.6mm時，天線能夠實現3.5/5.2/5.8GHz三個不同陷波特性。相比於現有技術中的陷波超寬帶天線，本發明具有體積小、結構簡單、陷波特性好、阻抗帶寬寬的特點。與同類設計的對比參見表2。值得說明的是，本發明天線由簡單規則形狀組成且易於製作，現有文獻中的天線很多採用複雜非規則形狀(如環形、橢圓形、螺旋形等)的貼片以及寄生枝節，或在貼片和地板上開多個複雜非規則形狀的槽，這使得天線整體結構複雜且製作難度加大。此外，部分天線設計的陷帶完全屏蔽5-6GHz信號，使得在5.35-5.725GHz頻段內的任何有用信息都會丟失，這會導致UWB接收信號質量的下降。表2本發明具有良好的阻抗帶寬和陷波特性，特別強調的是，在如此小的體積上完整實現三陷波設計是非常困難的，本發明成功實現並且結構簡單、各陷波頻段覆蓋完整且相互耦合小，因此大大增加了其適用範圍，且比較容易和射頻前端微波集成電路集成。以上所述僅是本發明的優選實施方式，本領域的技術人員應當理解，在不脫離本發明精神的情況下，可以對本文的實施例進行改變。上述實施例只是示例性的，不應以本文的實施例作為本發明權利範圍的限定。參考文獻：[1]Y.Li,W.Shao,Y.Long,etal.AnimprovedPSOalgorithmanditsapplicationtoUWBantennadesign.IEEEAntennasWirel.Propag.Lett.,vol.12,pp.1236-1239,2013.[2]P.Gao,L.Xiong,J.Dai,etal.Compactprintedwide-slotUWBantennawith3.5/5.5-GHzdualband-notchedcharacteristics.IEEEAntennasandWirelessPropagationLetters,vol.12,pp.983-986,2013.[3]G.Srivastava1,A.Mohan.AplanarUWBmonopoleantennawithdualbandnotchedfunction.MicrowaveandOpticalTechnologyLetters,2015,vol.57,no.1,pp.99-104.[4]W.T.Li,X.W.Shi,Y.Q.Hei.NovelPlanarUWBmonopoleantennawithtripleband-notchedcharacteristic.IEEEAntennasandWirelessPropagationLetters,vol.8,pp.1094-1098,2009.[5]M.Sarkar,S.Dwari,Printedmonopoleantennaforultra-widebandapplicationwithtunabletripleband-notchedcharacteristics.WirelessPersonalCommunications,vol.84,no.4,pp.2943-2954,2015.[6]X.-J.Liao,H.-C.Yang,N.Han,Y.Li.ApertureUWBantennawithtripleband-notchedcharacteristic.ElectronicsLetters,vol.47,no.2,pp.77-79,2011.[7]J.Xu,G.Wang.AcompactprintedUWBantennawithtripleband-notchedcharacteristics.MicrowaveandOpticalTechnologyLetters,vol.54,no.9,pp.2146-2150,2012。當前第1頁1&nbsp2&nbsp3&nbsp