帶反射零點的帶陷超寬帶天線的製作方法

2023-05-29 06:20:11

專利名稱：帶反射零點的帶陷超寬帶天線的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及天線技術領域，更具體地涉及帶反射零點的帶陷超寬帶天線。
背景技術：
當前，個人區域網(PAN)被視為未來第四代無線通信系統的核心。其中超寬帶(UWB) 技術由於抗幹擾能力強、傳輸速率極快、系統容量大、功率消耗低和造價低廉而成為個人 區域網實現的重要手段。由於UWB技術未經電信管理部門註冊，而美國聯邦通信委員會 (FCC)所定義的工作的頻帶屬於共享頻帶，其中包含已經註冊的系統頻帶，如WLAN 802.11a即是一例。為避免不必要的法律糾紛，現行的UWB系統往往需要採用濾波結構以 抑制對已授權的系統的幹擾。對UWB天線加帶陷結構即成為一種重要的解決方案。
在現有的帶陷UWB天線中，天線反射係數的阻帶帶寬不能控制，而實際中由於UWB 系統的發射功率極低，即使是發射脈衝時瞬時功率也不過1W，而過寬又不必要的阻帶會造 成發射功率的不必要的浪費，因此對UWB天線阻帶的控制就顯得十分的重要了。由於工 作頻段為3.1-10.6GHz的UWB通信系統開發將隨著第四代無線通信業務的來臨而變得緊 迫，而UWB系統作為一種未經註冊的無線通信系統，在與佔據相同的固定頻段的已註冊 無線通信系統的糾紛間將處於不利地位；另一方面對發射功率的過度浪費也可能導致UWB 系統更為複雜。為此阻帶可控的UWB帶陷天線的研發變得不可或缺。
目前國外對超寬帶天線陷波結構的研究開展，還主要是集中在對天線輻射結構加槽實 現的。該法產生的阻帶帶內性能優越，往往峰值駐波比可達50以上，而且加工比較方便， 適於廉價推廣。但是這一方法所產生的阻帶過渡帶往往非常寬，以駐波比2為標準時往往 超過lGHz，而且其中低於駐波比值3的頻段就經常寬達0.5GHz，而高於駐波比10的頻段 則往往在400MHz以內，作為窄帶濾波結構非常地不經濟，容易造成本來就緊張的脈衝功 率進一步的不必要的衰減。
這其中比較有代表性的是INTEL無線通信實驗室Seong-YoupSuh等人開發的共面波導 接入的帆船天線、J.KIM開發的雙諧振環槽矩面天線、都柏林技術研究所的X丄.Bao開發 的H槽矩面天線、HanyM.ZameI的加槽矩面天線等等。

實用新型內容
本實用新型的目的在於克服現有技術存在上述不足，提供帶反射零點的帶陷超寬帶天 線。其具有發射和接收脈衝電磁信號的能力，可作為PAN移動通信中的個人終端天線使
4用。
對天線加帶阻結構的其中一個主要途徑是加;i/4開路線以實現陷波， 一般採用開槽工
藝。對特定頻率，由於對應電長度義/4的開槽而使得該頻段的電流在槽的兩側邊緣反相，
從而實現帶阻。現有的這一陷波結構雖然能產生比較好的阻帶特性和通帶特性，但是其阻 帶過寬，而且不可控制。本實用新型利用傳輸線等效原理，在帶阻樁與圓單極子連接的對 稱節點附近插入兩段對應不同頻率的並聯;i/4開路線(以下簡稱帶通樁)，從而實現/i/4開 路線匹配法的應用，即在所需要的頻率處產生反射零點，以此實現對阻帶帶寬的控制。本
實用新型具體通過如下技術方案實現
一種帶反射零點的帶陷超寬帶天線，包括一個圓單極子、圓單極子微帶線饋線、地板、 介質基板，圓單極子緊貼於介質基板的一面上，圓單極子微帶線饋線與圓單極子連接且處
於同一平面上，地板位於介質基板的另一面上且正對圓單極子微帶線饋線，該UWB天線
還包括由兩條;13/4開路線構成的引入一個反射極點以實現帶阻功能的帶阻樁，以及由兩條
/l4a /4開路線和兩條^b /4開路線構成的引入兩個反射零點的帶通樁；所述兩條;143 /4開路 線引入一個反射零點，兩條^b/4開路線引入另一個反射零點；圓單極子設有關於圓單極 子微帶線饋線對稱的一對對稱節點，所述帶阻樁中的開路線均沿圓單極子邊緣分布，且兩
條^/4開路線、兩條;^/4開路線和兩條;1413/4開路線分別關於圓單極子微帶線饋線對稱；
以圓單極子微帶線饋線為對稱軸，該對稱軸兩側的任一側的;i3/4開路線、義43/4開路線和
;^/4開路線的一端通過該側的一個對稱節點短接在圓單極子上，該三條開路線的另一端
均為開路端；所述a為所述反射極點的頻率對應的波長，所述Ah、義41)為所述兩個反射零
點的頻率對應的波長，a。s4s;^。
上述的帶反射零點的帶陷超寬帶天線中，所述圓單極子通過圓單極子微帶線饋線連接 至射頻收發裝置，實現與收發機間的連接。
上述的帶反射零點的帶陷超寬帶天線中，所述圓單極子微帶線饋線為特徵阻抗50Q的
微帶線。
上述的帶反射零點的帶陷超寬帶天線中，所述帶通樁的A4a /4開路線和A4b /4開路線 圍繞於圓單極子的邊緣且與圓單極子之間留有間隙；^/4開路線和圍繞於圓單極子的邊緣 且與圓單極子之間留有間隙；所述對稱軸兩側的任一側中，從所述對稱節點開始，&/4開 路線的走向沿圓單極子邊緣朝向微帶線饋線，；143/4開路線和;14"4開路線的走向與;13/4 開路線的走向相反。上述的一種帶反射零點的帶陷超寬帶天線，也可在省略地板的同時引入CPW結構，以 實現與收發機間的連接。
本實用新型相對於現有技術具有如下優點和效果-
本實用新型克服已有帶陷天線阻帶帶寬不可控的問題，提供一種改進的UWB帶陷天線， 其結構簡單、緊湊、體積小、能實現可控的阻帶帶寬，適應功率有限的帶陷UWB無線通信 系統的帶寬要求。本實用新型通過提供一種新穎的帶反射零點的帶陷超寬帶天線，解決與 現有技術有關的問題，它便於改變阻帶的帶寬，容易達到更窄的有效帶阻頻帶，獲得更高 的功率利用率。本實用新型所採用的帶反射零點的帶陷超寬帶天線是普通帶陷UWB天線的 變型。用它來實現阻帶帶寬的控制，可提供滿意的效果。這種結構與普通帶陷UWB天線工 作機理一致，只是引入了兩個反射零點以對阻帶帶寬加以限制。因此，相對於普通的帶陷 UWB天線而言，增加了調節的靈活度，便於在不改變阻帶內的特性的前提下實現對阻帶的 控制，容易實現不同頻率要求的頻帶控制，獲得所需要的帶阻特性。其經過優化的帶阻特 性要優於普通的帶陷UWB天線。
本實用新型帶陷UWB天線頻域特性可控，製造簡單，成本低廉，使用方便。這種天
線適應對超寬帶天線陷波特性可控的需要。

圖1為實施方式中的一種帶反射零點的帶陷超寬帶天線示意圖。 圖2為圖1所示帶反射零點的帶陷超寬帶天線背面視圖。 圖3為圖1所示帶陷UWB天線的正面視圖。
圖4為實施方式中的另一種帶反射零點的帶陷超寬帶天線示意圖。 圖5為圖1所示帶陷UWB天線變型後的另一結構示意圖。 圖6為帶通樁有兩對開路線的帶反射零點的帶陷超寬帶天線示意圖。 圖7為帶通樁具有多對開路線的帶反射零點的帶陷超寬帶天線示意圖。
具體實施方式
結合以上附圖，對本實用新型作進一步的詳細描述
圖1所示的帶反射零點的帶陷超寬帶天線的具體結構關係如下該帶陷UWB天線包括 一個圓單極子l、圓單極子微帶線饋線2、地板7、介質基板8，圓單極子l緊貼於介質基 板8的一面上，圓單極子微帶線饋線2與圓單極子1連接且處於同一平面上，地板7位於 介質基板8的另一面上且正對圓單極子微帶線饋線2，該UWB天線還包括由兩條;i3 /4開路 線構成的引入一個反射極點以實現帶阻功能的帶阻樁3，以及由兩條^/4開路線構成的引
6入兩個反射零點的帶通樁；所述兩條義4/4開路線引入一個反射零點；圓單極子l設有關於 圓單極子微帶線饋線2對稱的一對對稱節點6，所述帶阻樁3中的開路線均沿圓單極子邊 緣分布，且兩條;i3/4開路線、兩條義4/4開路線關於圓單極子微帶線饋線2對稱；以圓單極 子微帶線饋線2為對稱軸，該對稱軸兩側的任一側的;i3/4開路線、義4/4開路線的一端通過 該側的一個對稱節點6短接在圓單極子1上，該三條開路線的另一端均為開路端；所述^為
所述反射極點的頻率對應的波長，所述A,為所述兩個反射零點的頻率對應的波長，；i4s;i3。
如圖3所示，上述電氣結構中除了地板結構外，均集中在介質板一面，但帶通樁允許 在一端短接於對稱節點6的基礎上貫穿介質基板8布置在介質板一面的平行面上。輻射特 性基本由圓單極子決定，並隨開路線寬度的變化做極小程度的畸變。通過調整帶阻樁的電 長度調節阻帶的中心頻率(此處即調整帶阻樁所佔據的弧度)，而調整帶開路樁的寬度b 使之在阻帶對應的中心頻率條件下阻抗失配(使之接近開路或短路)，並通過調整帶阻樁 與圓單極子之間的間距調節磁耦合係數，就能實現對阻帶性能的調整。類似地，可以調整 帶通樁的物理尺寸，包括其電長度和寬度，使之在指定的頻點實現阻抗匹配，從而造成反 射零點，限定天線的阻帶特性。
圖4所示的帶反射零點的帶陷超寬帶天線的具體結構關係如下該帶陷UTO天線包括 一個圓單極子l、圓單極子微帶線饋線2、 CPW結構5、介質基板8，圓單極子l緊貼於介 質基板8的一面上，圓單極子微帶線饋線2與圓單極子1連接且處於同一平面上，地板7 位於介質基板8的另一面上且正對圓單極子微帶線饋線2，該UWB天線還包括由兩條& /4開 路線構成的引入一個反射極點以實現帶阻功能的帶阻樁3，以及由兩條義4/4開路線構成的 引入兩個反射零點的帶通樁；所述兩條義4/4開路線引入一個反射零點；圓單極子l設有關 於圓單極子微帶線饋線2對稱的一對對稱節點6，所述帶阻樁3中的開路線均沿圓單極子 邊緣分布，且兩條^/4開路線、兩條義4/4開路線關於圓單極子微帶線饋線2對稱；以圓單
極子微帶線饋線2為對稱軸，該對稱軸兩側的任一側的;i3/4開路線、義4/4開路線的一端通 過該側的一個對稱節點6短接在圓單極子1上，該三條開路線的另一端均為開路端；所述^ 為所述反射極點的頻率對應的波長，所述義4為所述兩個反射零點的頻率對應的波長，
圖4所述的電氣結構均集中在介質板一面，但帶通樁允許在一端短接於對稱節點6 的基礎上貫穿介質基板8布置在介質板一面的平行面上。輻射特性基本由圓單極子決定， 並隨開路線寬度的變化做極小程度的畸變。通過調整帶阻樁的電長度調節阻帶的中心頻率(此處即調整帶阻樁所佔據的弧度)，而調整帶開路樁的寬度使之在阻帶對應的中心頻率 條件下阻抗失配(使之接近開路或短路)，並通過調整帶阻樁與圓單極子之間的間距調節 磁耦合係數，就能實現對阻帶性能的調整。類似地，可以調整帶通樁的物理尺寸，包括其 電長度和寬度，使之在指定的頻點實現阻抗匹配，從而造成反射零點，限定天線的阻帶特 性。
帶通樁的對數和分布沒有過多的限制，之所以也像帶阻樁般沿圓單極子盤繞則是為了 獲取更為緊湊的外型。實現新增的低頻的反射零點的帶通樁和實現高頻的反射零點的帶通 樁的分布順序可以像圖l般由裡向外，也可以向圖5—樣由外向裡，甚至可以隨機順序分 布。帶通樁4插入對數隻受帶阻樁3的寬度大小的物理限制，只要帶阻樁3的寬度能滿足 各帶通樁4的寬度以及必須間距的要求，無論是像圖6中只引入一對，還是像圖7中引入 三對，甚至同時引入多對。
應用本天線的一個實例介質板8採用FR4材質，介質板厚度為1.6mm，介質板寬度 為35mm，介質板長度為40mm。圓單極子1半徑為lOram。特徵阻抗50Q微帶結構圓單極子 饋線2寬為3mm，圓單極子饋線2長為10mm。包括帶阻樁3和帶通樁4的所有開路樁沿z 軸對稱分布，以右側為基礎記錄數據。帶阻樁3所佔角度為一18度至22.5度，寬度為 3. 3mm，外徑為13. 5mm。帶阻樁3與圓單極子1間隙為0. 2mm。帶通樁4中居內側者所佔 角度為22. 5度至83度，寬度為0. 9mm，外徑為11. lmni;帶通樁4中居外側者所佔角度為 22. 5度至45度，寬度為l腿，外徑為12. 5ram。連接帶阻樁3與圓單極子1之間的對稱節 點6寬為2mnu
本實用新型的範圍不局限於上述所提出來的結構，還可以進行相關變型。類似地，可
以插入多對;i/4帶通樁以對不同頻率點實現匹配，即引入更多的反射零點。
8
權利要求1、一種帶反射零點的帶陷超寬帶天線，包括一個圓單極子(1)、圓單極子微帶線饋線(2)、地板(7)、介質基板(8)，圓單極子(1)緊貼於介質基板(8)的一面上，圓單極子微帶線饋線(2)與圓單極子(1)連接且處於同一平面上，地板(7)位於介質基板(8)的另一面上且正對圓單極子微帶線饋線(2)，其特徵在於還包括由兩條λ3/4開路線構成的引入一個反射極點以實現帶阻功能的帶阻樁(3)，以及由兩條λ4a/4開路線和兩條λ4b/4開路線構成的引入兩個反射零點的帶通樁；所述兩條λ4a/4開路線引入一個反射零點，兩條λ4b/4開路線引入另一個反射零點；圓單極子(1)設有關於圓單極子微帶線饋線(2)對稱的一對對稱節點(6)，所述帶阻樁(3)中的開路線均沿圓單極子邊緣分布，且兩條λ3/4開路線、兩條λ4a/4開路線和兩條λ4b/4開路線分別關於圓單極子微帶線饋線(2)對稱；以圓單極子微帶線饋線(2)為對稱軸，該對稱軸兩側的任一側的λ3/4開路線、λ4a/4開路線和λ4b/4開路線的一端通過該側的一個對稱節點(6)短接在圓單極子(1)上，該三條開路線的另一端均為開路端；所述λ3為所述反射極點的頻率對應的波長，所述λ4a、λ4b為所述兩個反射零點的頻率對應的波長，λ4a≤λ3≤λ4b。
2、 根據權利要求1所述的帶反射零點的帶陷超寬帶天線，其特徵在於所述圓單極子(1)通過圓單極子微帶線饋線(2)連接至射頻收發裝置。
3、 根據權利要求2所述的帶反射零點的帶陷超寬帶天線，其特徵在於所述圓單極子微帶線饋線(2)為特徵阻抗50Q的微帶線。
4、 根據權利要求4所述的帶反射零點的帶陷超寬帶天線，其特徵在於所述帶通樁(4)的;^ /4開路線和Ab /4開路線圍繞於圓單極子的邊緣且與圓單極子之間留有間隙；& /4開路線和圍繞於圓單極子的邊緣且與圓單極子之間留有間隙；所述對稱軸兩側的任一側中，從所述對稱節點(6)開始，；i3/4開路線的走向沿圓單極子邊緣朝向微帶線饋線(2), A4a/4開路線和A4b / 4開路線的走向與& / 4開路線的走向相反。
5、 一種帶反射零點的帶陷超寬帶天線，包括一個圓單極子(1)、圓單極子微帶線饋線(2) 、 CPW結構(5)、介質基板(8),圓單極子(1)緊貼於介質基板(8)的一面上，圓單極子微帶線饋線(2)與圓單極子(1)連接且處於同一平面上，其特徵在於還包括由兩條/l3/4開路線構成的引入一個反射極點以實現帶阻功能的帶阻樁(3)，以及由兩條4^4開路線和兩條^b/4開路線構成的引入兩個反射零點的帶通樁；所述兩條;143/4開路線引入一個反射零點，兩條;141)/4開路線引入另一個反射零點；圓單極子(1)設有關於圓單極子微帶線饋線(2)對稱的一對對稱節點(6)，所述帶阻樁(3)中的開路線均沿圓 單極子邊緣分布，且兩條^/4開路線、兩條;^/4開路線和兩條人b/4開路線分別關於圓單極子微帶線饋線(2)對稱；以圓單極子微帶線饋線(2)為對稱軸，該對稱軸兩側的任 一側的^/4開路線、；^/4開路線和;141)/4開路線的一端通過該側的一個對稱節點(6)短接在圓單極子(1)上，該三條開路線的另一端均為開路端；所述A為所述反射極點的頻率 對應的波長，所述;i^、 Ab為所述兩個反射零點的頻率對應的波長，義4。^^^義46。
6、 根據權利要求5所述的帶反射零點的帶陷超寬帶天線，其特徵在於所述圓單極子 (1)通過圓單極子微帶線饋線(2)連接至射頻收發裝置。
7、 根據權利要求6所述的帶反射零點的帶陷超寬帶天線，其特徵在於所述圓單極子 微帶線饋線(2)為特徵阻抗50Q的微帶線。
8、 根據權利要求7所述的帶反射零點的帶陷超寬帶天線，其特徵在於所述帶通樁(4) 的;143/4開路線和;14/4開路線圍繞於圓單極子的邊緣且與圓單極子之間留有間隙；開路線和圍繞於圓單極子的邊緣且與圓單極子之間留有間隙；所述對稱軸兩側的任一側中， 從所述對稱節點(6)開始，4/4開路線的走向沿圓單極子邊緣朝向微帶線饋線(2)， ；i4a/4開路線和;t4b /4開路線的走向與& /4開路線的走向相反。
專利摘要本實用新型公開了一種帶反射零點的帶陷超寬帶天線，其特點是包括由兩條λ3/4開路線構成的引入一個反射極點以實現帶阻功能的帶阻樁，以及由兩條λ4a/4開路線和兩條λ4b/4開路線構成的引入兩個反射零點的帶通樁；該天線的圓單極子設有關於圓單極子微帶線饋線對稱的一對對稱節點，所述帶阻樁中的開路線均沿圓單極子邊緣分布，以圓單極子微帶線饋線為對稱軸，該對稱軸兩側的任一側的λ3/4開路線、λ4a/4開路線和λ4b/4開路線的一端通過該側的一個對稱節點短接在圓單極子上，所述λ3為所述反射極點的頻率對應的波長，所述λ4a、λ4b為所述兩個反射零點的頻率對應的波長，λ4a≤λ3≤λ4b。本實用新型的帶陷UWB天線頻域特性可控，製造簡單，成本低廉，使用方便。
文檔編號H01Q13/08GK201408839SQ200920056698
公開日2010年2月17日 申請日期2009年5月15日 優先權日2009年5月15日
發明者褚慶昕, 謝毅華, 謝澤明 申請人:華南理工大學