具有高共模抑制比和高矩形度陷波的差分uwb天線的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及天線領域，特別涉及一種具有高共模抑制比和高矩形度陷波的差分 UWB天線。
【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 (U1 tra-wideband，UWB)由于其功耗低、高比特率，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，獲得了學術界和工業界的廣泛關注。超寬帶天線作為超 寬帶系統中必不可少的發射接收設備，它具有尺寸小、寬頻帶、設計簡單、輻射穩定和容易 與外電路集成等特點。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。使用多個諧振器的組合，可使陷波 具有較好的矩形度。
[0003] 無線通信技術的迅猛發展，也促進了全集成射頻前端產品的需要。集成射頻前端 通常采用差分技術實現，作為射頻前端的關鍵部件之一，大多數天線設計為單端口器件，不 能直接與差分電路集成，通常需要采用巴倫把差分信號轉換為單端口信號然后饋入天線。 巴倫的使用會造成損耗，使系統效率降低，也增加了獨立器件的數量，不利于系統高度集成 和小型化。
[0004] 差分天線改變了傳統天線的設計方法，直接把差分信號饋入到天線的兩個端口， 為設計高集成的射頻前端提供了新的途徑。
【發明內容】
[0005] 本發明的目的在于克服現有技術的缺點與不足，提供一種具有尚共t旲抑制比和尚 矩形度陷波的差分UWB天線。
[0006] 本發明的目的通過如下技術方案實現:一種具有高共模抑制比和高矩形度陷波的 差分UWB天線，包括印刷在介質板上層的雙端口差分微帶饋電結構、漸變狀偶極子結構以及 印刷在介質板下層的差分帶通濾波器結構，所述雙端口差分微帶饋電結構包括第一端口和 第二端口，所述第一端口與第二端口直接連在一起，所述雙端口差分微帶饋電結構內部還 設有諧振枝節;所述漸變狀偶極子結構與所述雙端口差分微帶饋電結構在同一層;所述差 分帶通濾波器結構包括第一矩形縫隙、第二矩形縫隙和第三矩形縫隙，所述第一矩形縫隙 和第二矩形縫隙結構相同，由第三矩形縫隙相連接，所述第三矩形縫隙的寬度小于所述第 一矩形縫隙和第二矩形縫隙的寬度，所述差分帶通濾波器的兩邊各有一開路諧振縫隙；所 述雙端口差分微帶饋電結構與所述第三矩形縫隙垂直放置。
[0007] 從第一端口和第二端口饋入幅度相同，相位相反的差分信號。
[0008] 所述諧振枝節的長度為二分之一波長。
[0009] 所述開路諧振縫隙的長度為四分之一波長。
[0010] 本發明與現有技術相比，具有如下優點和有益效果：
[0011] 1、本發明設計結構簡單，滿足小型化需求，易于加工。
[0012] 2、本發明與傳統的UWB天線相比，本設計采用差分饋電結構，更容易與差分電路集 成。
[0013] 3、本發明采用差分饋電實現了共模信號高度抑制效果。
[0014] 4、本發明與已有的差分UWB天線相比，本設計采用兩組諧振器組合實現了具有高 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】
[0015] 圖1為本發明所述的天線的介質板上層結構；
[0016] 圖2為本發明所述的填寫的介質版下層結構；
[0017]圖3為本發明實施例中天線的電磁仿真S參數曲線。
【具體實施方式】
[0018] 下面結合實施例及附圖對本發明作進一步詳細的描述，但本發明的實施方式不限 于此。
[0019] 本發明專利設計一種具有高共模抑制比和高矩形度陷波的差分UWB天線，該天線 采用雙端口差分微帶饋電形式，通過地板上的差分帶通濾波器對偶極子進行饋電，實現了 超寬帶工作。差分帶通濾波器的引入，使該天線達到了高共模抑制比的效果。在地板上和差 分微帶饋線附近分別引入一組諧振器，在可能與其他系統產生干擾的頻帶內實現高矩形度 的陷波特性，并且調整諧振器的長度可以控制陷波的頻率和帶寬。
[0020] 本發明采用了雙端口差分微帶饋電結構、地板上的差分帶通濾波器結構和漸變狀 偶極子結構，天線整體結構如圖1、圖2所示。其中圖1為介質板上層結構，圖2為下層結構。與 一般的差分饋電不同的是，本發明天線的差分饋電的兩端口 Pl和P2直接連在一起，從端口 Pl和P2饋入幅度相同，相位相反的差分信號。圖1中的1為漸變結構偶極子，Pl和P2為饋電端 口，2為二分之一波長諧振枝節；圖2中的3為地板，三個矩形縫隙4a、4b和4c構成差分帶通濾 波器，Sl和S2是邊上兩個對稱的四分之一波長開路諧振縫隙。差分信號從Pl和P2饋入，經過 地板上的差分帶通濾波器結構，通過窄縫4b對偶極子進行饋電。偶極子設計成漸變結構，是 為了更好的阻抗匹配，從而實現3.2-lOGHz的超寬帶工作。當共模信號進入，差分微帶饋線 對稱位置上的電位相等，不能激勵地板上的縫隙工作，進而偶極子不能產生輻射，所以共模 信號得到很好的抑制。介質板上層的諧振枝節2和下層的諧振縫隙S1、S2的引入起到陷波的 作用，可用于產生5.2和5.8GHz附近的陷波頻率。諧振枝節2的長度大概等于5.2GHz時的
諧振縫隙Sl和S2的長度大概等于5.8GHz時的l/4A g，兩個陷波頻率都 可以分別通過調節諧振枝節和縫隙的長度來加以控制，適當的調整之后，兩個陷波頻率合 在一起，在5.1-6GHZ形成高矩形度的陷波特性，從而可以避免UWB系統工作時與WLAN、WiMAX 系統產生不必要的互擾。
[0021] 本發明專利印刷在FR4介質板兩面，介電常數ee = 4.4,厚度d = 0.8mm。它主要包含 了差分饋電部分(饋電端口為Pl和P2)，天線地板3和偶極子1。差分微帶饋電部分印刷在介 質板上層，有兩個饋電端口（PI，P2)，在饋電部分內部有一個枝節2,饋電部分上部是偶極子 1。天線地板印刷在介質板的下層，其上有4a，4b和4c組成的帶通濾波器，還有兩個開路縫隙 S1，S2。饋電部分和縫隙4c的垂直放置，使得共模信號不能激勵縫隙，共模信號被抑制。介質 板上層的枝節1和縫隙S1、S2的作用都是為了實現陷波功能，枝節1的長度大概等于對應陷 波頻率波導波長的1/2,開路縫隙Sl和S2的長度大概等于對應陷波頻率波導波長的1/4。觀 察陷波頻率處的電流分布可以看到，電流主要分布在對應枝節和縫隙邊緣上。兩組諧振器 的陷波作用，從圖3中不同結構的電磁仿真S參數也可以得到很好的理解。
[0022] 天線結構如圖1所示，差分信號從Pl和P2饋入，通過地板上的差分帶通濾波器對偶 極子進行饋電，偶極子的漸變結構是為了達到較好的阻抗匹配，實現超寬帶工作。饋電部分 和地板縫隙的垂直放置可抑制共模信號。介質板上層1/2波導波長的諧振枝節2和下層1/4 波導波長的開路縫隙SI，S2的組合實現了具有高矩形度的陷波特性，陷波頻率可以通過調 整諧振枝節或縫隙的長度來控制。本發明天線的電磁仿真S參數如圖3所示。
[0023] 上述實施例為本發明較佳的實施方式，但本發明的實施方式并不受上述實施例的 限制，其他的任何未背離本發明的精神實質與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化， 均應為等效的置換方式，都包含在本發明的保護范圍之內。
【主權項】
1. 具有高共模抑制比和高矩形度陷波的差分UWB天線，其特征在于包括印刷在介質板 上層的雙端口差分微帶饋電結構、漸變狀偶極子結構以及印刷在介質板下層的差分帶通濾 波器結構，所述雙端口差分微帶饋電結構包括第一端口和第二端口，所述第一端口與第二 端口直接連在一起，所述雙端口差分微帶饋電結構內部還設有諧振枝節;所述漸變狀偶極 子結構與所述雙端口差分微帶饋電結構在同一層;所述差分帶通濾波器結構包括第一矩形 縫隙、第二矩形縫隙和第三矩形縫隙，所述第一矩形縫隙和第二矩形縫隙結構相同，由第三 矩形縫隙相連接，所述第三矩形縫隙的寬度小于所述第一矩形縫隙和第二矩形縫隙的寬 度，所述差分帶通濾波器的兩邊各有一開路諧振縫隙；所述雙端口差分微帶饋電結構與所 述第三矩形縫隙垂直放置。2. 根據權利要求1所述的具有高共模抑制比和高矩形度陷波的差分UWB天線，其特征在 于:從第一端口和第二端口饋入幅度相同，相位相反的差分信號。3. 根據權利要求1所述的具有高共模抑制比和高矩形度陷波的差分UWB天線，其特征在 于:所述諧振枝節的長度為二分之一波長。4. 根據權利要求1所述的具有高共模抑制比和高矩形度陷波的差分UWB天線，其特征在 于:所述開路諧振縫隙的長度為四分之一波長。
【專利摘要】本發明公開了一種具有高共模抑制比和高矩形度陷波的差分UWB天線，該天線采用雙端口差分微帶饋電形式，通過地板上的差分帶通濾波器對偶極子進行饋電，實現了超寬帶工作。差分帶通濾波器的引入，使該天線達到了高共模抑制比的效果。在地板上和差分微帶饋線附近分別引入一組諧振器，在可能與其他系統產生干擾的頻帶內實現高矩形度的陷波特性，并且調整諧振器的長度可以控制陷波的頻率和帶寬。
【IPC分類】H01Q1/38, H01Q5/364, H01Q1/50
【公開號】CN105470643
【申請號】CN201510993409
【發明人】涂治紅, 柳炎炎, 褚慶昕, 陳達陽, 李文翱
【申請人】華南理工大學
【公開日】2016年4月6日
【申請日】2015年12月23日