基于階躍諧振器的圓環形超寬帶天線的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及基于階躍諧振器的圓環形超寬帶天線，它包括貼片天線(1)；介質基板(2)；5.75GHz階躍諧振器(3)；8.4GHz階躍諧振器(4)和接地板(5)，其特點為，貼片天線(1)由內、外徑分別為L11、L4的圓環形輻射單元和長L5、寬L6的天線饋線構成，位于介質基板(2)的上表面，L4、L5、L6、L11的長度分別為7mm、16.5mm、3.6mm、4mm，貼片天線(1)的軸線與介質基板(2)的軸線重合。在天線饋線兩側加入諧振結構以實現雙陷波功能，天線輻射單元采用圓環形貼片結構，并對地板進行了部分裁剪。該天線實現了從3.1GHz到10.6GHz的超寬帶傳輸特性(駐波系數小于2)，且分別于5.3～5.9GHz、8.1～8.8GHz兩個窄帶頻段進行陷波，有效降低了與該兩頻段間的干擾。
【專利說明】基于階躍諧振器的圓環形超寬帶天線
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及基于階躍諧振器的圓環形超寬帶天線，在天線饋線兩側加入諧振結構以實現雙陷波功能，天線輻射單元采用圓環形貼片結構，并對地板進行了部分裁剪。該天線實現了從3.1GHz到10.6GHz的超寬帶傳輸特性(駐波系數小于2)，且分別于5.3~
5.9GHz,8.1~8.SGHz兩個窄帶頻段進行陷波，有效降低了與該兩頻段間的干擾。
【背景技術】[0002]超寬帶通信技術廣泛應用在雷達、定位、電子對抗以及保密通信等領域，長期以來被各國視為尖端軍事技術而嚴密防護，直到近年來才逐漸趨于民用。超寬帶通信技術系統的優點可總括如下:①高隱蔽性。無線電空間傳播的“公開性”是無線電通信的固有不足，而超寬帶無線電通信的帶寬可達IGHz乃至更高，且其所需平均功率極小，信號被“淹沒”于環境噪聲和其他信號中，不會被輕易檢測到。②較強的多徑辨識能力和較高的信息傳輸速率。超寬帶無線通信系統發射的是持續時間極短的脈沖，占空比極低，多徑信號在時間上可分離。這種時間上的不重疊很容易分離出多徑分量以充分利用發射信號的能量，提高超寬帶通信系統解調信號的信噪比，降低因多徑干擾造成的符號間干擾。借助抗多徑干擾性能，超寬帶無線通信系統可以實現高速率數據傳輸。③系統容量大。超寬帶無線通信系統發送占空比極低的沖擊脈沖，采用跳時地址碼調制，便于組成類似于DS-CDMA系統的移動網絡。由于超寬帶無線通信系統具有很高的處理增益和較強的多徑辨識能力，因此其用戶量大大高于3G系統。④穿透能力強，易于實現定位與通信的一體化。⑤功耗低。
[0003]超寬帶天線是超寬帶無線通信系統的關鍵組成部分之一，其設計需考慮兩方面內容:①實現從3.1GHz到10.6GHz的超寬帶傳輸特性(駐波系數小于2);②考慮到與其他窄帶通信系統的互擾問題，天線進行寬頻帶通信的同時要具備某些窄帶頻段的陷波功能。基于以上兩點考慮，出現了傳統的具有陷波功能超寬帶天線的設計方法，即通過等效電路分析，在天線輻射單元上加開某些具有特定功能的槽孔(如L型槽、U型槽)等，以達到所需陷波目的。本實用新型采用了濾波模塊與天線饋線相結合的新方法，既回避了通過改造輻射結構實現陷波的復雜性，又達到了良好的濾波性能，具有較高的實用價值。
實用新型內容
[0004]本實用新型的目的在于提供一種具有雙陷波功能的超寬帶天線。如圖1所示，本實用新型提出的超寬帶天線由五部分構成，分別是貼片天線(I)(包含輻射單元與饋線)、介質基板(2)、3.5GHz階躍諧振器(3)、5.6GHz階躍諧振器(4)和接地板(5)。需要特別說明的是，接地板經過裁剪后，主要位于天線饋線一側，而輻射單元一側不加地板。整個超寬帶天線的構造及尺寸如圖2所示，兩個諧振器的外形及尺寸如圖3所示。
[0005]本實用新型采用的技術方案:
[0006]基于階躍諧振器的圓環形超寬帶天線，其特征在于，貼片天線(I)由內、外徑分別為Ln、L4的圓環形輻射單元和長1^5、寬1^6的天線饋線構成，位于介質基板(2)的上表面，L4、L5>L6^L11的長度分別為7mm、16.5mm、3.6mm、4mm,貼片天線⑴的軸線與介質基板⑵的軸
線重合。
[0007]所述天線中，介質基板⑵的長、寬、高分別為U、L2, L3，其相對介電常數為2.3，L1^ L2> L3 的長度分別為 33mm、25mm、1.2_。
[0008]所述天線的陷波結構由5.75GHz階躍諧振器(3)和8.4GHz階躍諧振器(4)兩部分組成，分別位于貼片天線(I)的矩形饋線的兩側，兩諧振器外形呈折疊式，結構完全一致，尺寸成線性比例，底邊均與饋線長邊平行，且距饋線0.1mm。
[0009]所述天線中，兩個階躍諧振器的結構由參數Ip 12、13、I4決定，I1,12、13、I4的值分別為0.8mm、0.2mm、0.6mm、0.2mm,調整該四個參數的大小將影響諧振頻點的大小。
[0010]所述天線的接地板(5)位于介質基板(2)的下表面，長、寬分別為LdPL1(l，L2、L1(l的長度分別為25mm、16mm,接地板(5)位于貼片天線(I)的饋線一側，其在福射單元一側的部分被裁減掉。
[0011]所述天線的接地板(5)的一側被裁去長匕、寬ILltl-L7I的矩形區域，L7、L8、L1(i的長度分別為llmm、3.8mm、16mm,該矩形區域的對稱軸與接地板(5)的對稱軸重合。
[0012]后文將 結合附圖及【具體實施方式】對
【發明內容】
進行詳細論述。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0013]圖1是本實用新型所述基于階躍諧振器的圓環形超寬帶天線的結構示意圖；
[0014]圖2是本實用新型所述基于階躍諧振器的圓環形超寬帶天線的尺寸說明圖；
[0015]圖3是兩個階躍諧振器的結構、尺寸說明圖；
[0016]符號說明:
[0017](I)是貼片天線(包含輻射單元與饋線)，(2)是介質基板，(3)是5.75GHz階躍諧振器、(4)是8.4GHz階躍諧振器，(5)是接地板。
【具體實施方式】
[0018]由于所述超寬帶天線工作于微波頻段，這里將借助微波傳輸線理論來分析其輻射原理。假設貼片天線圓環形輻射單元的外徑為半波長λ/2，介質基板的厚度為L3。這樣，可以將圓環形輻射單元、介質基板和接地板看作長為λ/2的低阻抗微帶傳輸線，并在輻射單元邊緣部位形成開路。又因為介質基板厚度遠小于波長λ，因而電場沿貼片平面法線方向的分量基本無變化。在只考慮主模激勵的情況下，電磁波輻射基本可以認為是由輻射單元開路部位的邊緣引起的。可以將開路端的電場分解為沿貼片平面的水平分量和平行于平面法線的垂直分量，其中垂直分量因相位相反而相互抵消，故電場的水平分量使輻射單元開路端被等效為無限大平面上同相激勵的環形縫隙。這樣，輻射單元的對外輻射就等效成了環形縫隙的輻射。
[0019]如圖2 所示，Lp L2, L3> L4, L5, L6, L7, L8, L9, L10 和 L11 的長度分別為 33mm、25mm、
1.2mm、7mm、16.5mm>3.6mm>llmm>3.8mm>10.6mm>16mm 和 4mmn
[0020]如圖3所示，圖中結構外形與超寬帶天線中不同諧振頻率的兩個諧振器的外形完全一致，具體尺寸按下文所述設定。
[0021]對5.75GHz 階躍諧振器，I!、12、13、I4 的長度分別為 0.8mm、0.2mm、0.6mm、0.2mm ;對8.4GHz階躍諧振器，I1^ 12、13、I4的長度分別為0.5mm、0.15mm、0.4mm、0.15mm。區別于具有陷波功能超寬帶天線的傳統設計方法，所述實用新型不再通過在天線輻射單元上加開某些具有特定功能的槽孔來達到所需陷波特性的目的，而是采用濾波模塊與天線饋線相結合的新方法，在避免改造輻射結構導致更高復雜性的基礎上實現良好的濾波性能，具有較高的實用價值。
[0022]階躍諧振器的諧振頻點可以通過改變I1U2U3U4的長短來進行調整，在外形不變的情況下，按比例線性增加四個量的值，將使得諧振點向低頻移動。可見，如果要實現超寬帶天線的低頻陷波，可以適當放寬對諧振器緊湊性的要求。
[0023]基于IEEE802.11標準的WLAN允許在局域網絡環境中使用I SM中的2.4GHZ和
5.8GHZ頻段，為避免超寬帶通信系統與無線局域網通信的相互干擾，所述基于階躍諧振器的圓環形超寬 帶天線5.3~5.9GHz頻段的陷波功能防止了與相應窄帶系統間的干擾，這是本實用新型除超寬帶傳輸特性之外的另一重要應用意義。當然亦可根據實際需求來恰當設置階躍諧振器尺寸，以達到對不同窄帶頻段的陷波效果。
【權利要求】
1.基于階躍諧振器的圓環形超寬帶天線，其特征在于，貼片天線(I)由內、外徑分別為Ln、L4的圓環形輻射單元和長1^5、寬1^6的天線饋線構成，位于介質基板⑵的上表面，L4、L5、L6> L11的長度分別為7mm、16.5mm、3.6mm、4mm,貼片天線⑴的軸線與介質基板⑵的軸線重合。
2.根據權利要求1所述的基于階躍諧振器的圓環形超寬帶天線，其特征在于，介質基板⑵的長、寬、高分別為U、L2, L3，其相對介電常數為2.3，Lp L2, L3的長度分別為33mm、25mm、1.2mm0
3.根據權利要求1所述的基于階躍諧振器的圓環形超寬帶天線，其特征在于，陷波結構由5.75GHz階躍諧振器(3)和8.4GHz階躍諧振器⑷兩部分組成，分別位于貼片天線(I)的矩形饋線的兩側，兩諧振器外形呈折疊式，結構完全一致，尺寸成線性比例，底邊均與饋線長邊平行，且距饋線0.1mm。
4.根據權利要求1所述的基于階躍諧振器的圓環形超寬帶天線，其特征在于，兩個階躍諧振器的結構由參數1丨、12> 13、I4決定，1丨、12> 13> I4的值分別為0.8mm、0.2mm、0.6mm、0.2_，調整該四個參數的大小將影響諧振頻點的大小。
5.根據權利要求1 所述的基于階躍諧振器的圓環形超寬帶天線，其特征在于，接地板(5)位于介質基板⑵的下表面，長、寬分別為L2和Lltl,L2、Lltl的長度分別為25mm、16mm,接地板(5)位于貼片天線(I)的饋線一側，其在輻射單元一側的部分被裁減掉。
6.根據權利要求1所述的基于階躍諧振器的圓環形超寬帶天線，其特征在于，接地板(5)的一側被裁去長L8、寬|L1(1-L7|的矩形區域山上丄^的長度分別為11mm、3.8mm、16mm,該矩形區域的對稱軸與接地板(5)的對稱軸重合。
【文檔編號】H01Q5/10GK203760667SQ201320771890
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2013年11月27日 優先權日:2013年11月27日
【發明者】劉雷, 張道亮, 金佳佳 申請人:哈爾濱飛羽科技有限公司