具有三帶阻特性的超寬帶單極子天線的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及天線技術領域，更具體的說，是涉及一種具有多帶阻特性的超寬帶單極子天線。
【背景技術】
[0002]在過去的幾十年中，無線通信發展迅速，前景廣闊，受到了廣泛關注。其中，超寬帶技術及其通信系統由于其在無線通信中的重要性，及其具有如高數據率、低損耗、經濟實用、低復雜性等其他窄帶通信系統無可比擬的優勢，一直是通信領域研宄的重要課題。但是，隨著無線通信的快速發展和各種應用的出現，頻帶資源的緊張、頻帶利用率低、工作帶寬窄、不同設備或天線的工作頻帶發生重疊等問題也同樣不能忽視，這都影響到天線的可靠性和無線通信系統的實用性。
[0003]2002年，美國聯邦通信委員會(FCC)發布了新的寬帶通信系統規范，目的是緩解頻帶資源的緊張以及應對高速通信的需求，將3.1-10.6GHz頻段分配給民用超寬帶通信使用，寬帶及超寬帶技術將廣泛用于工業、醫學、民用生活等領域。在寬帶及超寬帶系統中，天線的小型化、低成本、制作簡單化、易于集成等特點將作為評價天線實用性和性價比的標準。相應的，所設計的可穿戴天線也要努力滿足寬帶通信的需求。
【發明內容】
[0004]本發明的目的是為了克服現有技術中的不足，提供一種具有三帶阻特性的超寬帶單極子天線，該天線在3.3-4.29GHz及5.15-6.0GHz兩個頻段產生帶阻特性，其能有效地抑制WiMAX無線通信(有效工作頻段為3.3-3.7GHz)、C波段衛星通信(下行頻段為3.7-4.2GHz)和WLAN(5.15-5.825GHz)無線應用等這三個窄帶系統對超寬帶系統產生的干擾。該天線尺寸小、結構簡單、易于制作，適于無線通信系統及設備，是近年來電磁領域、可穿戴設備領域研宄的研宄熱點，有極大的發展前景。
[0005]本發明的目的是通過以下技術方案實現的:
[0006]具有三帶阻特性的超寬帶單極子天線，包括接地板、介質基板、饋電網絡和輻射貼片，其特征在于，所述接地板開設有矩形槽，接地板設于介質基板一側，介質基板另一側設有相互連接的饋電網絡和輻射貼片，所述輻射貼片上刻蝕有倒I形槽、倒U形槽和十字形槽；所述饋電網絡由微帶線構成。
[0007]所述倒I形槽、倒U形槽和十字形槽的槽寬分別為0.5mm, 1mm，1mm。
[0008]所述介質基板由環氧樹脂材料制成。
[0009]所述介質基板的相對介電常數為4.4，其介電損耗正切值為0.02。
[0010]所述介質基板的厚度為1.6mm。
[0011]所述介質基板的長和寬分別為20mm和25mm。
[0012]與現有技術相比，本發明的技術方案所帶來的有益效果是:
[0013]1.本發明天線的輻射貼片上刻蝕有倒I形槽、倒U形槽和十字形槽，這三個槽的形狀結構可以極大的改變貼片上電流的分布特性，不僅可以提高高頻，在中頻產生相互影響的互補作用，即調諧中頻，還可以在低頻附近產生所需要的陷波特性，該天線的頻帶利用率較高，能完全覆蓋3.1-10.6GHz的超寬帶范圍。此外，還可以通過調節開槽的長度、寬度及這三個開槽間的距離，對所要抑制的頻段進行調節。
[0014]2.本發明天線經過仿真分析，得到該天線帶寬為3.1-10.81GHz，在3.3-4.29GHz及5.15-6.0GHz頻段產生帶陷特性，除了這兩個頻段，天線在有效帶寬內回波損耗小于-1OdB,電壓駐波比VSWR<2ο在3.3-4.29GHz頻段產生的帶陷特性，能很好的抑制WiMAX (有效工作頻段為3.3-3.7GHz)及C波段衛星通信(有效工作頻段為3.7-4.2GHz)這兩個窄帶系統對超寬帶系統產生的干擾；在5.15-6.0GHz頻段產生的帶陷特性，能很好的抑制WLAN(有效工作頻段為5.15-5.825GHz)無線應用等窄帶系統對超寬帶系統產生的干擾，從而提高了該天線的實用性。
[0015]3.本發明天線采用微帶線作為饋電網絡，是基于微帶線饋電的典型結構設計得到一種新穎的、小型化的超寬帶天線；并且具有良好的輻射性能，滿足了超寬帶系統對天線設計的要求。
【附圖說明】
[0016]圖1是本發明天線的俯視結構示意圖。
[0017]圖2是本發明天線的側視結構示意圖。
[0018]圖3是本發明具體實施例的結構尺寸示意圖。
[0019]圖4是本發明天線中輻射貼片在不同開槽狀態下的回波損耗仿真結果。
[0020]圖5是本發明天線其接地板有、無矩形開槽時的回波損耗對比圖。
[0021]圖6a、圖6b、圖6c和圖6d為本發明天線分別在3.2GHz、6.2GHz、8.2GHz和10.2GHz四個頻率處的輻射方向圖。
[0022]附圖標記:1-接地板2-介質基板3-饋電網絡4-輻射貼片5-倒I形槽6_倒U形槽7-十字形槽8-矩形槽
【具體實施方式】
[0023]下面結合附圖對本發明作進一步的描述。
[0024]如圖1和圖2所示:一種具有三阻帶特性的超寬帶單極子天線，包括接地板1、介質基板2、饋電網絡3和輻射貼片4，接地板I是與介質基板2等寬度的窄矩形結構，且接地板I上開設有矩形槽8，介質基板2由常用的FR4(環氧樹脂)板材料做成，其相對介電常數為4.4，損耗正切值為0.02，本實施例中的天線是通過蝕刻方法制作在長、寬、高分別為20mm、25mm和1.6mm的介質基板2上，其中接地板I印制于介質基板2的一側，介質基板2的另一側印制有饋電網絡3和輻射貼片4，饋電網絡3由微帶線構成，饋電網絡3和輻射貼片4相互連接，輻射貼片4上刻蝕有倒I形槽5、倒U形槽6和十字形槽7。本發明天線采用側饋方式，輸入阻抗為50歐姆。
[0025]如圖3所示:該圖表示的是本發明天線經過優化設計后的具體尺寸參數，單位均為毫米，其中倒I形槽、倒U形槽和十字形槽的槽寬分別為0.5mm、1mm、1mm，介質基板2的厚度為1.6mm。
[0026]如圖4所示:
[0027](I)只有十字形和倒I形槽時，天線的帶寬為3.3-10.6GHz，在3.6-4.8GHz及6.6-7.4GHz兩個頻段有陷波特性，不能得到理想的阻帶，犧牲了 6.6-7.4GHz的可用頻帶，且最低頻率為3.3GHz,達不到超寬帶要求的3.1GHzο
[0028](2)只有十字形和倒U形槽時，天線的帶寬為3.7-10.82GHz,在4.6-5.75 GHz及6.2-7.7GHz兩個頻段有陷波特性，不能屏蔽WiMAX及C波段窄帶信號的干擾，造成6.2-7.7GHz頻段不可用，且不能覆蓋3.1-10.6GHz的超寬帶要求范圍。
[0029](3)只有倒U形和倒I形槽時，天線的帶寬為3.15-10.15GHz,在3.3-4.4GHz及5.0-7.5GHz兩個頻段有陷波特性，在期望的頻段內有陷波特性，但頻帶利用率低，犧牲了部分頻段資源，且不能覆蓋3.1-10.6GHz的超寬帶范圍。
[0030](4)同時帶有十字形、倒U形及倒I形開槽時，天線的帶寬為3.1-10.81GHz，在3.3-4.29GHz及5.15-6.0GHz頻段有陷波特性，同時包含了所要抑制的3.3-3.7GHz、3.7-4.2GHz和5.15-5.825GHz三個頻段。符合設計目的及要求，頻帶利用率較高，能完全覆蓋3.1-10.6GHz的超寬帶范圍。可見，當天線同時具有以上三個相距較近的不同形狀及寬度的開槽時，該三個開槽的結構可以極大的改變貼片上電流的分布特性，不僅可以提高高頻，在中頻產生相互影響的互補作用，即調諧中頻，還可以在低頻附近產生所需要的陷波特性；開槽的位置、槽間距等對天線頻帶產生影響，當不同槽形相結合時，會使天線阻帶發生偏移，原因是開槽結構能使貼片上電流分布不均勻、不規則，且不同開槽產生的效果相互耦合、相互影響。另外，可以通過調節開槽的長度、寬度及開槽的間距，對所要抑制的頻段進行調節。
[0031]經過仿真分析，可知本發明天線的帶寬為3.1-10.81GHz，在3.3-4.29GHz及5.15-6.0GHz頻段產生帶陷特性，除了這兩個頻段，天線在有效帶寬內回波損耗小于-1OdB,電壓駐波比VSWR<2ο在3.3-4.29GHz頻段產生的帶陷特性，能很好的抑制WiMAX (有效工作頻段為3.3-3.7GHz)及C波段衛星通信(有效工作頻段為3.7-4.2GHz)這兩個窄帶系統對超寬帶系統產生的干擾；在5.15-6.0GHz頻段產生的帶陷特性，能很好的抑制WLAN(5.15-5.825GHz)無線應用等窄帶系統對超寬帶系統產生的干擾，從而提高了該天線的實用性。
[0032]由圖4還可以看出，在除了帶陷頻段的有效帶寬內，本發明天線的回波損耗均在-1OdB以下，在4.7,8.3、10.3GHz頻點處甚至達到了 -18,-21.5,-27.5dB,達到了良好的阻抗匹配。
[0033]由圖5可以看出:當本發明天線的接地板I無矩形槽8時，天線低頻處諧振度較好，阻抗匹配良好，但高頻部分性能惡化，且此時天線的阻帶相比理想的阻帶發生了偏移；當天線的接地板有矩形槽8時，得到了理想的阻帶。可見，可通過接地板的矩形開槽來調諧天線，能適宜地降低低頻、提高高頻，克服理想阻帶的偏移，使其達到良好的阻抗匹配。
[0034]由圖6a至圖6d可知，天線在E面和H面的輻射方向圖分別呈近似倒“8”字形及接近全向輻射的特性；其中E面是指與電場方向平行的方向圖切面面是指與磁場方向平行的方向圖切面。
【主權項】
1.具有三帶阻特性的超寬帶單極子天線，包括接地板、介質基板、饋電網絡和輻射貼片，其特征在于，所述接地板開設有矩形槽，接地板設于介質基板一側，介質基板另一側設有相互連接的饋電網絡和輻射貼片，所述輻射貼片上刻蝕有倒I形槽、倒U形槽和十字形槽；所述饋電網絡由微帶線構成。2.根據權利要求1所述的具有三帶阻特性的超寬帶單極子天線，其特征在于，所述倒I形槽、倒U形槽和十字形槽的槽寬分別為0.5mm, 1mm，Imm03.根據權利要求1所述的具有三帶阻特性的超寬帶單極子天線，其特征在于，所述介質基板由環氧樹脂材料制成。4.根據權利要求1或3所述的具有三帶阻特性的超寬帶單極子天線，其特征在于，所述介質基板的相對介電常數為4.4，其介電損耗正切值為0.02。5.根據權利要求1或3所述的具有三帶阻特性的超寬帶單極子天線，其特征在于，所述介質基板的厚度為1.6mm。6.根據權利要求1或3所述的具有三帶阻特性的超寬帶單極子天線，其特征在于，所述介質基板的長和寬分別為20mm和25mm。
【專利摘要】本發明公開了一種具有三帶阻特性的超寬帶單極子天線，包括接地板、介質基板、饋電網絡和輻射貼片，其特征在于，所述接地板開設有矩形槽，接地板設于介質基板一側，介質基板另一側設有相互連接的饋電網絡和輻射貼片，所述輻射貼片上刻蝕有倒I形槽、倒U形槽和十字形槽；所述饋電網絡由微帶線構成。本發明該天線在3.3-4.29GHz及5.15-6.0GHz兩個頻段產生帶阻特性，其能有效地抑制WiMAX無線通信(有效工作頻段為3.3-3.7GHz)、C波段衛星通信(下行頻段為3.7-4.2GHz)和WLAN(5.15-5.825GHz)無線應用等這三個窄帶系統對超寬帶系統產生的干擾，該天線尺寸小、結構簡單、易于制作，適于無線通信系統及設備。
【IPC分類】H01Q1/50, H01Q1/38, H01Q1/52
【公開號】CN104916907
【申請號】CN201510239983
【發明人】金杰, 張強, 劉青爽, 李茜
【申請人】天津大學
【公開日】2015年9月16日
【申請日】2015年5月12日