一種具有陷波特性的超寬帶單極子天線的製作方法

2024-02-21 05:17:15 4

專利名稱：一種具有陷波特性的超寬帶單極子天線的製作方法
技術領域：
本發明屬於天線技術領域，特別涉及天線輻射單元的結構及接地形式。
背景技術：
超寬帶(Ultra-Wide Band, UffB)無線通信技術具有系統結構簡單、數據傳輸速率高、功耗低、安全性高、多徑分辨能力強等優點。2002年2月14日，超寬帶技術首次獲得了 美國聯邦通信委員會(FCC)的批准用於民用通信，正式將3. 1 10. 6GHz頻帶向作為室內 通信用途的UWB開放，從而引起了世界各國的廣泛關注。UWB尤其適用於室內等密集多徑場 所的高速無線接入和軍事通信應用中。超寬帶天線技術是超寬帶無線通信的關鍵技術之一。常規的超寬帶天線主要包括 加脊喇叭天線、TEM喇叭天線、螺旋天線和雙錐天線等，它們都具有很寬的工作頻帶，但這一 類天線多屬於立體結構，很難與系統集成。由於許多超寬帶終端設備多為可攜式移動式設 備，所以要求超寬帶天線具有平面結構，並且體積要小。平面單極子天線由於具有體積小、結構簡單、容易與系統集成等優點，而受到人們青睞。另外，在超寬帶系統3. 1 10.6GHz的工作範圍內，還存在著其他的窄帶通信系 統，如 WLAN(無線區域網)工作在 2. 4GHz (2400 2484MHz)、5. 2GHz (5150 5350MHz)和 5. 8GHz (5725 5825MHz)處，它們和超寬帶系統會形成互相干擾。因此，需要設計一種具有 陷波特性的超寬帶天線，以抑制超寬帶系統與窄帶系統間潛在的幹擾。

發明內容
本發明的目的在於提供一種新型具有陷波特性的超寬帶單極子天線。本發明主要是由微帶饋電的正六邊形構成輻射單元，以獲得超寬帶特性，並在輻 射單元上刻了 C形槽，使得該超寬帶天線具有陷波特性，改變C形槽的長度，即可調節陷波 頻率。這就可以消除超寬帶通信系統與其他窄帶無線通信系統之間潛在的幹擾。本發明所述的天線包括一塊介質基板[1]，介質基板[1]的一側印製有金屬接地 板[2]，介質基板[1]的另一側印製有輻射單元[3]和饋電單元[5]，其中a.輻射單元[3]為正六邊形，在輻射單元[3]的圓心偏下部的位置刻了一個C型 槽[4]，C型槽[4]為未閉合的環；b.輻射單元[3]與饋電單元[5]直接相連；c.金屬接地 板[2]為梯形金屬貼片。本發明可以通過改變C型槽[4]的長度，改變諧振頻率，使陷波的中心頻率變化， 使陷波的頻率下移或上移。本發明所述的金屬接底板[2]採用直線的漸變線，用於阻抗匹配，增加工作帶寬。本發明所述的饋電單元[5]為微帶饋電，即饋電形式採取微帶饋電形式。本發明所述的介質板[1]的相對介電常數(er)為2 8，其介電損耗角正切 (tg5)不大於 10_3。
本發明的具有陷波特性的超寬帶平面單極子天線，其中的超寬帶特性由輻射單元 決定，陷波特性由輻射單元中的C形槽決定。本發明所述的輻射單元除了可採用正六邊形形狀外，還可採用正八邊形以及其他 具有超寬帶特性的輻射單元形式。輻射單元的尺寸可以根據具體需要進行調整。正六邊形輻射單元C型槽的長度和寬度改變，可以改變諧振頻率，使陷波的中心 頻率變化，使陷波的頻率下移或是上移。因此，所選用的天線輻射單元不僅限於正六邊形結構，還可以選擇正八邊形以及 其他具有超寬帶特性的輻射單元形式。在這些形式的超寬帶天線上開C形槽，均可實現陷 波特性。
輻射單元中C形槽的位置及形狀可以變更為正方形、梯形等其他形狀，長度也可 根據陷波頻率進行相應的調整，從而實現頻率的上下移動。本發明不但具有良好的超寬帶特性，滿足超寬帶通信系統的需求，還具有陷波特 性，能夠消除和其他窄帶無線通信系統的相互影響，而且，天線的陷波頻率可以通過改變C 形槽的長度來調節，即具有陷波可調性，因此可以滿足一些特殊場合的應用；本發明整體尺 寸小，重量輕，低損耗，適合移動小型化設備使用，而且結構簡單，滿足平面設計的要求，便 於與有源電路集成，製作成本低廉、精度高、重複性好，便於批量生產，特別是對於外形具有 類似正六邊形形狀的設備，可以很好的與之進行共形設計，具有非常好的發展前景。本發明所述的天線既可用於接收，也可用於發射無線電波。在軍事方面，可用作電 子偵察、電子幹擾、電磁防護及探地雷達等超寬帶無線設備的終端天線。在民用方面，可作 為短程超寬帶(UWB)通信的基站天線，以及家用無線通信超寬帶天線等。


附圖1是本發明天線的示意圖。左圖為正視圖，右圖為側視圖，其中1為介質基板， 2為金屬接地板，3為輻射單元，4為C型槽，5為饋電單元。附圖2是附圖1中天線的Sll曲線。附圖3是附圖1中天線的電壓駐波係數曲線。附圖4是附圖1中天線在相關頻率上的方向圖，其中圖4(a)為天線在2GHz頻率上的方向圖；圖4(b)為天線在4. 5GHz頻率上的方向圖；圖4(c)為天線在6GHz頻率上的方向圖；圖4(d)為天線在IOGHz頻率上的方向圖。圖5為本發明實施例的天線的尺寸圖，其中上左圖為正視圖，上右圖為側視圖，下 圖為後視圖。
具體實施例方式下面結合附圖和實施例對本發明作進一步說明。實施例。本實施例的天線結構如圖5所示，尺寸單位均為mm。其中基片尺寸為 85X42X0. S(L1Xff1XH)；正六邊形的輻射單元對角尺寸D為37 ;C型槽的尺寸為`3. 6X8. B(L3Xff3) ；C型槽的(環)的未閉合尺寸W4為1.4 ;C型槽的槽寬W5為0.3;饋電單 元尺寸為50. 5X 1. 36 (L2XW2) ；C型槽的上邊到正六邊形下邊的距離L4為8. 1 ；正六邊形下 邊到基片的下邊距離L2為50. 5 ；梯形金屬接地板的上邊W6為8，其斜邊高L5為8 ；斜邊下 端到正六邊形下邊的距離L6為42。 本實施例天線Sll曲線，電壓駐波係數曲線(VSWR)以及方向圖結果如圖2 圖4 所示。
權利要求
一種具有陷波特性的超寬帶單極子天線，包括一塊介質基板[1]，介質基板[1]的一側印製有金屬接地板[2]，介質基板[1]的另一側印製有輻射單元[3]和饋電單元[5]，其特徵是a.輻射單元[3]為正六邊形，在輻射單元[3]的圓心偏下部的位置刻了一個C型槽[4]，C型槽[4]為未閉合的環；b.輻射單元[3]與饋電單元[5]直接相連；c.金屬接地板[2]為梯形金屬貼片。
2.根據權利1所述的天線，其特徵是改變C型槽[4]的長度，以改變諧振頻率和陷波的中心頻率。
3.根據權利1所述的天線，其特徵是金屬接底板[2]採用了直線的漸變線。
4.根據權利要求1所述的天線，其特徵是饋電單元[5]為微帶饋電；
5.根據權利要求1所述的天線，其特徵是介質板[1]的相對介電常數為2 8，其介電 損耗角正切不大於10_3。
6.根據權利要求1所述的天線，其特徵是所述的輻射單元為正八邊形。
全文摘要
一種具有陷波特性的超寬帶單極子天線，包括一塊介質基板[1]，介質基板[1]的一側印製有金屬接地板[2]，介質基板[1]的另一側印製有輻射單元[3]和饋電單元[5]，其特徵是a.輻射單元[3]為正六邊形，在輻射單元[3]的圓心偏下部的位置刻了一個C型槽[4]，C型槽[4]為未閉合的環；b.輻射單元[3]與饋電單元[5]直接相連；c.金屬接地板[2]為梯形金屬貼片。本發明具有良好的超寬帶特性，且具有陷波特性，能消除與其他窄帶無線通信系統的相互影響；陷波可調，可滿足特殊場合應用；且尺寸小，重量輕，低損耗，結構簡單，適合移動小型化設備使用，滿足平面設計要求，便於與有源電路集成，成本低、精度高、重複性好，能很好地與外形具有類似正六邊形的設備共形設計。
文檔編號H01Q1/36GK101859925SQ201010128389
公開日2010年10月13日 申請日期2010年3月19日 優先權日2010年3月19日
發明者沈溧, 高明華 申請人:華東交通大學