多陷波超寬帶天線的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種結(jié)構(gòu)簡單、體積小、易于控制、容易加工的多陷波超寬帶天線。該多陷波超寬帶天線，包括介質(zhì)基板，所述介質(zhì)基板的下表面設(shè)置有金屬地板，所述介質(zhì)基板的上表面設(shè)置有輻射單元以及與輻射單元相連的微帶饋線，所述介質(zhì)基板的上表面設(shè)置有多個枝節(jié)組成的電磁帶隙結(jié)構(gòu)，所述電磁帶隙結(jié)構(gòu)上設(shè)置有用于接地的金屬接地通孔。該多陷波超寬帶天線采用多個枝節(jié)組成的電磁帶隙結(jié)構(gòu)形成陷波，代替了濾波器的設(shè)計，減低了設(shè)計成本和系統(tǒng)的復(fù)雜性，使得天線結(jié)構(gòu)簡單，緊湊小巧，加工方便，成本低廉，易于生產(chǎn)，形濾波效果較好，易于控制，另外，通過設(shè)置不同的枝節(jié)的個數(shù)，可以實現(xiàn)更多的陷波特性，適合在天線領(lǐng)域推廣應(yīng)用。
【專利說明】多陷波超寬帶天線
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及天線領(lǐng)域，具體涉及一種多陷波超寬帶天線。
【背景技術(shù)】
[0002]超寬帶技術(shù)是一種新型的無線通信技術(shù)，具有傳輸速率高、功耗低、成本低、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單等特點，因而成為近年來無線通信的研究熱點之一。美國聯(lián)邦通信委員會(Federal Communication Commission, FCC)在 2002 年開放了 3.lGHz-10.6GHz 頻段，并允許UWB技術(shù)用于民用，從那以后，無線超寬帶技術(shù)得到極大的關(guān)注與發(fā)展。作為無線通信系統(tǒng)的關(guān)鍵組成部分，超寬帶天線的設(shè)計成為制約超寬帶無線通信信道容量與質(zhì)量的重要因素。由于超寬帶的頻帶從3.1到10.6GHz,而這個頻段內(nèi)不可避免的存在一些無線通信系統(tǒng)的信號干擾，例如頻段在3.3-3.7GHz的WiMAX (全球微波互聯(lián)接入)，以及頻段在
5.15-5.825GHz的WLAN (無線局域網(wǎng))等。為了避免這些頻段信號的干擾，就有必要設(shè)計出具有帶阻特性的超寬帶天線。
[0003]一般解決上述問題的方法是在超寬帶系統(tǒng)內(nèi)引入帶阻濾波器，但這不可避免的增大了系統(tǒng)的體積、復(fù)雜度以及相應(yīng)的成本，而另一種更加簡單而又有效的方法是在超寬帶天線結(jié)構(gòu)中引入陷波結(jié)構(gòu)。通常，產(chǎn)生陷波的方法有兩種:一種是在天線結(jié)構(gòu)中加入不同形狀的寄生枝節(jié)，如開口諧振環(huán)，階梯阻抗諧振器等實現(xiàn)帶阻功能；另一種有效的方法是在天線的輻射單元或者地板上刻蝕各種不同形狀的縫隙，如半圓形槽，U形槽，π形槽，H形槽等實現(xiàn)濾波特性，通常來說，上述兩種方法一種結(jié)構(gòu)只能產(chǎn)生一種有效的陷波，要產(chǎn)生多個陷波必須使用多個結(jié)構(gòu)。前者產(chǎn)生多個陷波需要加載多個寄生枝節(jié)，這樣雖然可以有效的產(chǎn)生多個不同帶寬的陷波，但是不可避免的要占用較大的面積；后者實現(xiàn)多個陷波需要刻蝕多個不同的縫隙，雖然不會增加天線的體積，但是由于縫隙之間有強(qiáng)耦合，導(dǎo)致很難調(diào)節(jié)陷波的帶寬，增加了天線設(shè)計的復(fù)雜性。近年來，電磁帶隙(Electromagnetic BandGap, EBG)結(jié)構(gòu)作為一種新興的人工材料，引起人們極大的研究興趣。該結(jié)構(gòu)具有帶阻、慢波、高阻抗特性，可以人為地控制表面波的傳播，使頻率落在帶隙中的電磁波得到有效的抑制，因此被引入到超寬帶天線設(shè)計中。該類型的天線兼具上述兩類天線能產(chǎn)生阻帶特性的特點，同時具有良好的阻帶特性和窄帶特性，阻帶較深，能減小阻帶之間的互耦，且結(jié)構(gòu)簡單易于實現(xiàn)、體積小、重量輕、便于集成等優(yōu)點，因此，受到廣泛關(guān)注和深入研究。如文獻(xiàn)“Design of a Band-Notched UffB Monopole Antenna by Means of an EBG Structure,Mohammad Yazdi and Nader Komjani， IEEE ANTENNAS AND WIRELESS PROPAGATIONLETTERS, Vo I.10，Mar ch2011”使用了 一種蘑菇狀的電磁帶隙結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了 一個在5.5GHz左右的WLAN頻帶的陷波,但該天線使用了四個EBG,天線體積較大,且不能濾除掉3.5GHz左右的WiMAX頻段信號的干擾。又如文獻(xiàn)“Narrow Band Notches for Ultra-WidebandAntenna Using Electromagnetic Band-Gap Structures, J.Y.Deng,L.X.Guo andJ.H.Yang, Journal of Electromagnetic Waves and Applications, Vol.25，2011，，使用兩種不同結(jié)構(gòu)的蘑菇狀的電磁帶隙結(jié)構(gòu)形成了 4.6-5.55GHz >5.7-6.28GHz兩個陷波頻段，但此文獻(xiàn)中的陷波頻段帶寬過寬，遠(yuǎn)超出了干擾信號的頻段范圍，這無疑造成了超寬帶天線本身工作頻段的縮減。再如文獻(xiàn)“UWB Band-Notched Monopole Antenna DesignUsing Electromagnetic-Bandgap Structures, Lin Peng and Cheng-Li Ruan, IEEETRANSACTIONS ON MICROWAVE THEORY AND TECHNIQUES, Vol.59，N0.4，Apri 12011”對比使用了兩種不同結(jié)構(gòu)的電磁帶隙結(jié)構(gòu)實現(xiàn)陷波，雖然可以有效的控制帶寬，同時也沒有增大天線的體積，但是該結(jié)構(gòu)要實現(xiàn)兩個陷波就需要采用兩種結(jié)構(gòu)，這樣就增加了設(shè)計天線的復(fù)雜性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種結(jié)構(gòu)簡單、體積小、易于控制、容易加工的多陷波超寬帶天線。
[0005]本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:該多陷波超寬帶天線，包括介質(zhì)基板，所述介質(zhì)基板的下表面設(shè)置有金屬地板，所述介質(zhì)基板的上表面設(shè)置有輻射單元以及與輻射單元相連的微帶饋線，所述介質(zhì)基板的上表面設(shè)置有多個枝節(jié)組成的電磁帶隙結(jié)構(gòu)，所述電磁帶隙結(jié)構(gòu)上設(shè)置有用于接地的金屬接地通孔，所述電磁帶隙結(jié)構(gòu)位于微帶饋線的一側(cè)。
[0006]進(jìn)一步的是,所述電磁帶隙結(jié)構(gòu)由第一 L形枝節(jié)與第二 L形枝節(jié)組成,所述第一 L形枝節(jié)的垂直枝節(jié)與第二 L形枝節(jié)的垂直枝節(jié)相連并且第一 L形枝節(jié)的垂直枝節(jié)、第二 L形枝節(jié)的垂直枝節(jié)均與微帶饋線平行且不重合。
[0007]進(jìn)一步的是，所述第一 L形枝節(jié)的垂直枝節(jié)或第二 L形枝節(jié)的垂直枝節(jié)與微帶饋線之間的間隙為0.lmm-1.0mm。
[0008]進(jìn)一步的是,所述第一 L形枝節(jié)的水平枝節(jié)寬度為0.第一 L形枝節(jié)的水平枝節(jié)長度為第一 L形枝節(jié)的垂直枝節(jié)寬度為0.第一 L形枝節(jié)的垂直枝節(jié)長度為;所述第二 L形枝節(jié)的水平枝節(jié)寬度為0.第二 L形枝節(jié)的水平枝節(jié)長度為0.第二 L形枝節(jié)的垂直枝節(jié)寬度為0.第二 L形枝節(jié)的垂直枝節(jié)長度為0.5mm-5mm。
[0009]進(jìn)一步的是,所述金屬接地通孔位于第一 L形枝節(jié)的垂直枝節(jié)或第二 L形枝節(jié)的垂直枝節(jié)上，并且金屬接地通孔的半徑為0.lmm-lmm，金屬接地通孔的圓心距離垂直枝節(jié)外側(cè)邊緣的距離為Omm-0.5mm,所述金屬接地通孔的圓心與第一 L形枝節(jié)的水平枝節(jié)之間的距離、金屬接地通孔的圓心與第二 L形枝節(jié)的水平枝節(jié)之間的距離二者相差0.lmm-5mm。
[0010]進(jìn)一步的是，所述微帶饋線由特性阻抗為50歐姆的微帶線組成。
[0011]進(jìn)一步的是，所述輻射單元為橢圓形貼片或圓形貼片或矩形貼片。
[0012]進(jìn)一步的是,所述介質(zhì)基板的介電常數(shù)介于2-10之間，厚度為0.介電損耗小于0.02。
[0013]本發(fā)明的有益效果:該多陷波超寬帶天線采用多個枝節(jié)組成的電磁帶隙結(jié)構(gòu)形成陷波，代替了濾波器的設(shè)計，減低了設(shè)計成本和系統(tǒng)的復(fù)雜性，使得天線結(jié)構(gòu)簡單，緊湊小巧，加工方便，成本低廉，易于生產(chǎn)，與一般形成的陷波結(jié)構(gòu)相比，體積小巧，形成的陷波頻帶很窄，有效的消除了超寬帶頻段內(nèi)的窄帶干擾信號，保留有用頻段，濾波效果較好，而且可以通過調(diào)整L形枝節(jié)的寬度來控制陷波帶寬，調(diào)節(jié)枝節(jié)的長度來控制陷波諧振頻率，易于控制，另外，通過設(shè)置不同的枝節(jié)的個數(shù)，可以實現(xiàn)更多的陷波特性，滿足不同的應(yīng)用情況。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1是本發(fā)明多陷波超寬帶天線的俯視圖；
[0015]圖2是本發(fā)明多陷波超寬帶天線的側(cè)視圖；
[0016]圖3是本發(fā)明多陷波超寬帶天線的結(jié)構(gòu)尺寸圖；
[0017]圖4是本發(fā)明所述的電磁帶隙結(jié)構(gòu)尺寸圖；
[0018]圖5為本發(fā)明實施例的仿真與實測駐波曲線圖；
[0019]圖6為本發(fā)明實施例在3GHz的仿真輻射方向圖；
[0020]圖7為本發(fā)明實施例在6GHz的仿真輻射方向圖；
[0021 ] 圖8為本發(fā)明實施例在9GHz的仿真輻射方向圖；
[0022]圖9為本發(fā)明實施例的測試增益曲線圖；
[0023]圖中標(biāo)記說明:介質(zhì)基板1、金屬地板2、輻射單元3、微帶饋線4、電磁帶隙結(jié)構(gòu)5、第一 L形枝節(jié)51、第二 L形枝節(jié)52、金屬接地通孔6。
【具體實施方式】
[0024]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】作進(jìn)一步的說明。
[0025]如圖1、2所示，該多陷波超寬帶天線，包括介質(zhì)基板I，所述介質(zhì)基板I的下表面設(shè)置有金屬地板2，所述介質(zhì)基板I的上表面設(shè)置有輻射單元3以及與輻射單元3相連的微帶饋線4，所述介質(zhì)基板I的上表面設(shè)置有多個枝節(jié)組成的電磁帶隙結(jié)構(gòu)5，所述電磁帶隙結(jié)構(gòu)5上設(shè)置有用于接地的金屬接地通孔6，所述電磁帶隙結(jié)構(gòu)5位于微帶饋線4的一側(cè)。電磁帶隙結(jié)構(gòu)5通過與微帶饋線4的耦合，實現(xiàn)陷波特性，該多陷波超寬帶天線采用多個枝節(jié)組成的電磁帶隙結(jié)構(gòu)5形成陷波，代替了濾波器的設(shè)計，減低了設(shè)計成本和系統(tǒng)的復(fù)雜性，使得天線結(jié)構(gòu)簡單，緊湊小巧，加工方便，成本低廉，易于生產(chǎn)，與一般形成的陷波結(jié)構(gòu)相比，體積小巧，形成的陷波頻帶很窄，有效的消除了超寬帶頻段內(nèi)的窄帶干擾信號，保留有用頻段，濾波效果較好，而且可以通過調(diào)整L形枝節(jié)的寬度來控制陷波帶寬，調(diào)節(jié)枝節(jié)的長度來控制陷波諧振頻率，易于控制，另外，通過設(shè)置不同的枝節(jié)的個數(shù)，可以實現(xiàn)更多的陷波特性，滿足不同的應(yīng)用情況。
[0026]所述電磁帶隙結(jié)構(gòu)5可以由多個枝節(jié)組合而成，枝節(jié)的形狀可以是L形、圓形、菱形等，通常情況下，所述電磁帶隙結(jié)構(gòu)5由第一 L形枝節(jié)51與第二 L形枝節(jié)52組成，所述第一 L形枝節(jié)51的垂直枝節(jié)與第二 L形枝節(jié)52的垂直枝節(jié)相連并且第一 L形枝節(jié)51的垂直枝節(jié)、第二 L形枝節(jié)52的垂直枝節(jié)均與微帶饋線4平行且不重合。
[0027]為了達(dá)到最優(yōu)的雙陷波特性，所述第一L形枝節(jié)51的垂直枝節(jié)或第二 L形枝節(jié)52的垂直枝節(jié)與微帶饋線4之間的間隙為0.lmm-1.0mm。
[0028]進(jìn)一步的是,所述第一 L形枝節(jié)51的水平枝節(jié)寬度為0.第一 L形枝節(jié)51的水平枝節(jié)長度為第一 L形枝節(jié)51的垂直枝節(jié)寬度為0.第一L形枝節(jié)51的垂直枝節(jié)長度為;所述第二 L形枝節(jié)52的水平枝節(jié)寬度取值為
0.第二 L形枝節(jié)52的水平枝節(jié)長度為0.第二 L形枝節(jié)52的垂直枝節(jié)寬度為0.第二 L形枝節(jié)52的垂直枝節(jié)長度為0.5mm-5mm。第一 L形枝節(jié)51形成了
頻段覆蓋3.3-3.7GHz的陷波，第二 L形枝節(jié)52形成了頻段覆蓋5.15-5.825GHz的陷波，能夠濾除WiMAX和WLAN頻段的干擾信號，阻帶特性好，能實現(xiàn)高質(zhì)量的超寬帶無線通信。所述第一 L形枝節(jié)51與第二 L形枝節(jié)52的位置可以互換，可以將第一 L形枝節(jié)51放置在靠近輻射單元3的地方，或者將第二 L形枝節(jié)52放置在靠近輻單元3的地方。
[0029]所述金屬接地通孔6位于第一 L形枝節(jié)51的垂直枝節(jié)或第二 L形枝節(jié)52的垂直枝節(jié)上，并且金屬接地通孔6的半徑為0.lmm-lmm，金屬接地通孔6的圓心距離垂直枝節(jié)外側(cè)邊緣的距離為Omm-0.5mm,所述金屬接地通孔6的圓心與第一 L形枝節(jié)51的水平枝節(jié)之間的距離、金屬接地通孔6的圓心與第二 L形枝節(jié)52的水平枝節(jié)之間的距離二者相差
0.lmm-5mm0
[0030]金屬地板2的形狀是將一個矩形切去兩個拐角處的小矩形片構(gòu)成，被切的矩形片的大小可以根據(jù)天線所需要的帶寬調(diào)節(jié)。
[0031]另外，所述微帶饋線4可以采用現(xiàn)有的各種饋線，通常情況下優(yōu)選的是，所述微帶饋線4由特性阻抗為50歐姆的微帶線組成。
[0032]再者，所述輻射單元3形狀可以根據(jù)實際情況而定，可以是圓形、橢圓形、菱形、矩形等，通常情況下，為了提高天線的輻射效果，所述輻射單元3優(yōu)選為橢圓形貼片或圓形貼片或矩形貼片。
[0033]為了保證天線的性能達(dá)到最優(yōu)，所述介質(zhì)基板I的介電常數(shù)介于2-10之間，厚度為0.5mm-3mm,介電損耗小于0.0 2。
[0034]實施例
[0035]該實施例中多陷波超寬帶天線的采用介質(zhì)基片的具體參數(shù)為相對介電常數(shù)ε r=4.4,厚度h=l.0mm。圖3、圖4為實施例的結(jié)構(gòu)尺寸示意圖，其具體的幾何參數(shù)為
Wsub=38mm，Lsub=40mm，Lgnd=20mm，Rl=8mm，R2=12.8mm，S=0.2mm，d=0mm，w50=l.86mm，Lt=3.0mm，Wt=3.0mm，g=l.0mm，r=0.2mm，Wl = L 2mm，Ll=8.0mm，W2=0.4mm，L2=4.8mm，W3=l.0mm L3=8.2mm。
[0036]本發(fā)明的效果可通過以下仿真及測試圖進(jìn)一步說明:
[0037]對本發(fā)明實施案例的駐波比進(jìn)行測試，其結(jié)果如圖5所示，由圖5的測試駐波曲線圖可見，本發(fā)明所述的多陷波超寬帶天線的工作頻段覆蓋3.1-10.6GHz,且形成了頻段位于3.3-3.8GHz和5.0-5.8GHz的兩個陷波。
[0038]對本發(fā)明實施案例在3GHz、4GHz、6GHz的輻射方向圖進(jìn)行仿真，其結(jié)果如圖6、圖
7、圖8所示，由圖6、圖7、圖8的仿真輻射方向圖可見，本發(fā)明的超寬帶天線在H面具有水平全向性，E面具有8字形狀。
[0039]對本發(fā)明實施案例的增益進(jìn)行測試，其結(jié)果如圖9所示，由圖9的測試增益曲線可見，本發(fā)明所述的多陷波超寬帶天線的增益在工作頻段被基本處于2dBi左右，而在陷波段的中心頻率處明顯下降，天線在陷波頻段處幾乎不工作，達(dá)到了抑制干擾的效果。
【權(quán)利要求】
1.多陷波超寬帶天線，包括介質(zhì)基板(1)，所述介質(zhì)基板(I)的下表面設(shè)置有金屬地板(2)，所述介質(zhì)基板(I)的上表面設(shè)置有輻射單元(3)以及與輻射單元(3)相連的微帶饋線(4)，其特征在于:所述介質(zhì)基板(I)的上表面設(shè)置有多個枝節(jié)組成的電磁帶隙結(jié)構(gòu)(5)，所述電磁帶隙結(jié)構(gòu)(5)上設(shè)置有用于接地的金屬接地通孔(6)，所述電磁帶隙結(jié)構(gòu)(5)位于微帶饋線(4)的一側(cè)。
2.如權(quán)利要求1所述的多陷波超寬帶天線，其特征在于:所述電磁帶隙結(jié)構(gòu)(5)由第一L形枝節(jié)(51)與第二 L形枝節(jié)(52)組成,所述第一 L形枝節(jié)(51)的垂直枝節(jié)與第二 L形枝節(jié)(52)的垂直枝節(jié)相連并且第一 L形枝節(jié)(51)的垂直枝節(jié)、第二 L形枝節(jié)(52)的垂直枝節(jié)均與微帶饋線(4)平行且不重合。
3.如權(quán)利要求2所述的多陷波超寬帶天線，其特征在于:所述第一L形枝節(jié)(51)的垂直枝節(jié)、第二 L形枝節(jié)(52)的垂直枝節(jié)與微帶饋線(4)之間的間隙為0.lmm-1.0mm。
4.如權(quán)利要求3所述的多陷波超寬帶天線，其特征在于:所述第一L形枝節(jié)(51)的水平枝節(jié)寬度為0.lmm-2mm,第一 L形枝節(jié)(51)的水平枝節(jié)長度為第一 L形枝節(jié)(51)的垂直枝節(jié)寬度為0.lmm-2mm,第一 L形枝節(jié)(51)的垂直枝節(jié)長度為;所述第二 L形枝節(jié)(52)的水平枝節(jié)寬度為0.lmm-2mm，第二 L形枝節(jié)(52)的水平枝節(jié)長度為0.5mm-5mm,第二 L形枝節(jié)(52)的垂直枝節(jié)寬度為0.lmm-2mm,第二 L形枝節(jié)(52)的垂直枝節(jié)長度為0.5mm-5mm。
5.如權(quán)利要求4所述的多陷波超寬帶天線，其特征在于:所述金屬接地通孔(6)位于第一 L形枝節(jié)(51)的垂直枝節(jié)或第二 L形枝節(jié)(52)的垂直枝節(jié)上，并且金屬接地通孔(6)的半徑為0.1mm-1mm,金屬接地通孔(6)的圓心距離垂直枝節(jié)外側(cè)邊緣的距離為Omm-0.5mm,所述金屬接地通孔(6)的圓心與第一 L形枝節(jié)(51)的水平枝節(jié)之間的距離、金屬接地通孔(6)的圓心與第二 L形枝節(jié)(52)的水平枝節(jié)之間的距離二者相差0.lmm-5mm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任意一項權(quán)利要求所述的多陷波超寬帶天線，其特征在于:所述微帶饋線(4)由特性阻抗為50歐姆的微帶線組成。
7.如權(quán)利要求6所述的多陷波超寬帶天線，其特征在于:所述輻射單元(3)為橢圓形貼片或圓形貼片或矩形貼片。
8.如權(quán)利要求7所述的多陷波超寬帶天線，其特征在于:所述介質(zhì)基板(I)的介電常數(shù)介于2-10之間，厚度為0.介電損耗小于0.02。
【文檔編號】H01Q1/48GK103441327SQ201310381724
【公開日】2013年12月11日 申請日期:2013年8月28日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月28日
【發(fā)明者】徐自強(qiáng), 劉昊, 吳波, 張根, 夏紅, 廖家軒, 尉旭波, 汪澎, 田忠 申請人:電子科技大學(xué)