差分階梯饋電的高矩形度陷波超寬帶縫隙天線的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種差分超寬帶天線，尤其是一種差分階梯饋電的高矩形度陷波超寬 帶縫隙天線，屬于無線移動通信技術領域。
【背景技術】
[0002] 近年來，由于無線移動通信的迅猛發展，人們對新的通信方式提出了更高的要求。 原有的通信頻譜已經被許多無線通信系統使用，可用的頻段越來越少。而超寬帶通信技術 (Ultra-wideband，UWB)很好的解決了這些問題，它將成為未來短距離無線通信的主流技 術。超寬帶通信是一種無載波通信技術，它利用納秒到微秒級的窄脈沖來傳播數據，脈沖覆 蓋范圍廣，而且不需要常規的調制和變頻技術，直接送到天線上發射。因此這種通信方式可 以占用非常寬的帶寬，并且功率密度極小，同時還具有傳播距離遠，抗干擾能力強和保密性 好的特點，能很好的滿足現代通信系統對安全性的要求。UWB的帶寬為3. 1-10. 6GHz，在整 個頻段內與WLAN系統的5. 2GHz/5. 8GHz和WiMAX的5. 5GHz產生了重疊，這樣就會造成通 信干擾。為了避免這種干擾，就需要在超寬帶天線的設計過程中濾除這些頻帶。一種簡單 而實用的解決方法是在超寬帶天線設計中加入濾波設計，形成具有陷波特性的UWB天線。 在輻射體上開槽或加載諧振器，在地板上開縫或者加載諧振器等都可以達到一定的陷波作 用。但是，一般一階陷波的頻率選擇性差，不能滿足實際應用的需要。采用多個諧振器來設 計二階或更高階的陷波是UWB天線的一個研究趨勢。
[0003] 隨著無線通信技術的飛速發展，也促進了緊湊、全集成射頻前端產品成為無線通 信系統的設計主流。目前，除天線外，大多數射頻前端都能夠集成到收發器芯片，大大減少 了分立元件的數目，降低了無線設備的成本，天線元與射頻前端的集成日益受到國際學者 的關注。由于平衡電路可以大大減小串擾，射頻前端通常采用差分技術。天線作為射頻前 端的關鍵部件之一，大多數設計為單端口器件，為了解決單端口天線與射頻前端的集成，通 常采用巴侖（平衡不平衡轉換器）把差分信號轉換為單端信號后饋入單端口天線。但是， 巴侖的引入會引起射頻前端損耗，降低系統效率等等一系列問題，也不是全集成的解決方 案。差分天線改變了傳統的單端口設計方法，設計為雙端口天線，直接把差分信號饋入到天 線的兩個端口，省去了巴倫，為設計高集成的射頻前端提供了行之有效的解決方案。
[0004] 據調查與了解，目前公開的現有技術如下：
[0005] 1) 2011 年，JamesR.Kelly，PeterS.Hall和PeterGardner等人在"IEEE TRANSACTIONSONANTENNASANDPROPAGATION" 上發表題為 "Band-NotchedUWBAntenna IncorporatingaMicrostripOpen-LoopResonator"的文章中，使用傳統的單端口天線設 計方法，采用共面波導（CPW)饋電的單極子UWB天線，CPW饋電具有較寬的帶寬。值得注意 的是天線的陷波結構一一開環諧振器加在介質板的另外一側，利用耦合使開環諧振器達到 陷波的目的，但是由于文章中采用的是單諧振器結構，只能達到單陷波特性，陷波矩形度不 夠好。
[0006] 2)2014 年，Zhi-hongTu，Wen-AoLi和Qing-XinChu等人在"IEEEANTENNAS ANDWIRELESSPROPAGATIONLETTERS" 發表題為 "Single-LayerDifferentialCPW-Fed Notch-BandTapered-SlotUWBAntenna"的文章中，采用差分CPW饋電，在地板上開錐形槽 的UWB天線，這樣可以實現較寬的帶寬。然后在地板的縫隙邊上加載枝節諧振器，在饋電部 分開縫形成諧振器，最終達到二階陷波的效果，陷波矩形度很好，陷波的頻率可以通過調節 諧振器的長度來自由改變。由于該天線采用了雙端口差分饋電，天線輻射方向圖的交叉極 化非常小，而且是單層天線，易于加工。
【發明內容】
[0007] 本發明的目的是為了解決上述現有技術的缺陷，提供了一種差分階梯饋電的高矩 形度陷波超寬帶縫隙天線，該天線具有小尺寸、寬頻段、輻射方向圖好、陷波矩形度好的優 點，能夠滿足小型化、低成本、易于加工、易與差分電路集成的要求。
[0008] 本發明的目的可以通過采取如下技術方案達到：
[0009] 差分階梯饋電的高矩形度陷波超寬帶縫隙天線，包括介質基板、地板和差分饋電 結構，所述地板設置在介質基板頂層，所述差分饋電結構設置在介質基板底層，所述地板上 刻蝕有一個矩形寬縫、兩個左右對稱的T形槽和四個相互對稱的矩形狹縫，所述矩形寬縫 和T形槽均位于差分饋電結構的上方；所述差分饋電結構中部的上下兩側均呈左右對稱的 階梯狀，差分饋電結構上刻蝕有兩個左右對稱的彎折狹縫，所述地板上的矩形狹縫和差分 饋電結構上的彎折狹縫構成兩組縫隙諧振器。
[0010] 作為一種優選方案，所述差分饋電結構的左、右兩端分別為第一饋電端口和第二 饋電端口，所述第一饋電端口和第二饋電端口分別位于介質基板底層的左、右邊緣處。
[0011] 作為一種優選方案，所述地板上的矩形狹縫用于產生5. 8GHz的陷波頻率，其電流 路徑長度為5. 8GHz陷波頻率波導波長的1/2。
[0012] 作為一種優選方案，所述差分饋電結構上的彎折狹縫用于產生5. 2GHz的陷波頻 率，其電流路徑長度為5. 2GHz陷波頻率波導波長的1/2。
[0013] 作為一種優選方案，所述介質基板采用FR4介質基板，其介電常數為4. 4,厚度為 1. 6mm〇
[0014] 作為一種優選方案，所述差分饋電結構采用微帶饋線構成。
[0015] 本發明相對于現有技術具有如下的有益效果：
[0016] 1、本發明的超寬帶縫隙天線在地板上刻蝕有一個矩形寬縫和兩個左右對稱的T 形槽，差分饋電結構設計成階梯漸變結構，并采用耦合饋電，為了實現更好的阻抗匹配，達 到較寬帶寬的目的；此外，地板上還刻蝕有四個相互對稱的矩形狹縫，差分饋電結構刻蝕有 兩個左右對稱的彎折狹縫，構成了兩組縫隙諧振器，在可能產生干擾的頻段（5-6GHZ)內實 現了具有良好矩形度的陷波特性，從而可以消除UWB(UltraWideband，超寬帶）通信系統 與WLAN、WiMAX系統的互擾。
[0017] 2本發明的超寬帶縫隙天線可以通過改變地板上的矩形狹縫和差分饋電結構上的 彎折狹縫的電流路徑長度對陷波的頻率和帶寬進行控制，達到想要的陷波頻段，其中地板 上的矩形狹縫用于產生5. 8GHz的陷波頻率，差分饋電結構上的彎折狹縫用于產生5. 2GHz 的陷波頻率。
[0018] 3、本發明的超寬帶縫隙天線采用雙端口差分饋電形式，在整個頻帶內具有很好的 輻射方向圖，并且經過電磁仿真表明，除了陷波頻段增益較低外，其它頻段的增益基本穩定 在5dBi左右，因此在整個頻帶內具有較穩定的增益。
[0019] 4、本發明的超寬帶縫隙天線采用了平面結構，其結構簡單、尺寸小、易于加工，而 且采用耦合饋電形式，更容易實現超寬帶，與現有的UWB天線相比，采用差分饋電結構，更 容易與差分電路集成；與現有的差分UWB天線相比，采用兩組縫隙諧振器（一組為地板上 的矩形狹縫，另一組為差分饋電結構上的彎折狹縫）組合實現了具有良好矩形度的陷波特 性，消除了UWB通信系統與WLAN及WiMAX系統的互擾。
【附圖說明】
[0020] 圖1為本發明實施例1的超寬帶縫隙天線頂層的結構示意圖。
[0021] 圖2為本發明實施例1的超寬帶縫隙天線底層的結構示意圖。
[0022] 圖3為本發明實施例1的超寬帶縫隙天線的電磁仿真增益曲線圖。
[0023] 圖4為本發明實施例2的四種不同天線結構的電磁仿真奇模反射系數曲線圖。