一種基于ebg結(jié)構(gòu)的四陷波超寬帶天線的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種用于超寬帶（UWB)無(wú)線通信領(lǐng)域的四陷波天線，尤其是一種基 于EBG結(jié)構(gòu)的四陷波超寬帶天線。在角部過(guò)孔蘑菇形電磁帶隙結(jié)構(gòu)（CLV-EBG)中刻蝕L 形槽，并與正六邊形超寬帶（UWB)天線的饋線耦合，有效地濾除了微波互聯(lián)接入（WIMAX， 3. 4GHz-3. 7GHz)、無(wú)線個(gè)人局域網(wǎng)（WLAN (5. 15GHz-5. 35GHz，5. 725GHz-5. 825GHz))和 X 波 段下行衛(wèi)星通訊信號(hào)（7. 25GHZ-7. 75GHz)四個(gè)頻段的信號(hào)。
【背景技術(shù)】
[0002] 2002 年2 月美國(guó)聯(lián)邦通信委員會(huì)（Federal Communications Commission ： FCC)將3. 1GHz~10. 6GHz頻段劃為商用的UWB無(wú)線通信業(yè)務(wù)使用，自此以后，超寬帶 技術(shù)獲得了快速發(fā)展，UWB天線的研究與設(shè)計(jì)作為UWB無(wú)線通信的關(guān)鍵技術(shù)之一，已成 為了研究的熱點(diǎn)。由于UWB系統(tǒng)的工作頻段與現(xiàn)有無(wú)線通信系統(tǒng)的某些頻段重合，如全 球微波互聯(lián)接入（WIMAX，3. 3GHz-3. 6GHz)，無(wú)線個(gè)人局域網(wǎng)（WLAN，（5. 15GHz-5. 35GHz， 5. 725GHz-5. 825GHz ) )，X波段下行衛(wèi)星通訊信號(hào)（7. 25GHz-7. 75GHz )等。為了減少UWB天 線對(duì)這些頻段內(nèi)系統(tǒng)通信造成干擾，具有陷波特性的UWB天線被廣泛關(guān)注。
[0003] 在實(shí)現(xiàn)良好的陷波特性的同時(shí)，保證UWB天線的小型化，寬頻帶，良好的輻射特性 是一個(gè)比較棘手的難題。目前為止具有陷波特性的UWB天線已有大量的研究成果，實(shí)現(xiàn)陷 波的技術(shù)可以概括為以下幾種：
[0004] (1)在輻射貼片或接地板刻蝕槽線
[0005] (2)添加寄生元素
[0006] (3)加載SIR的帶阻濾波器
[0007] 這些實(shí)現(xiàn)陷波的技術(shù)存在著以下不足：在天線輻射貼片上刻槽和在輻射貼片附近 增加寄生單元的方法都會(huì)改變天線輻射貼片表面的電流分布，影響天線的輻射方向圖；在 天線地板刻槽的方法會(huì)使部分能量從地板槽泄漏，對(duì)天線方向圖的后瓣產(chǎn)生影響，減小天 線的增益；添加寄生元素會(huì)增加天線的尺寸，而加載SIR的帶阻濾波器，使結(jié)構(gòu)復(fù)雜，集成 難度高。另外這些方法普遍存在的一個(gè)問(wèn)題是，各個(gè)陷波頻帶相互影響，不易獨(dú)立控制。
[0008] 電磁帶隙（EBG)結(jié)構(gòu)以其優(yōu)異的頻率帶隙特性，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于集成，帶隙特性易 于調(diào)節(jié)，如果加以小型化，通過(guò)與輸入端耦合，可方便獨(dú)立地實(shí)現(xiàn)和控制超寬帶天線各個(gè)陷 波，而對(duì)輻射貼片的電流分布影響較小，可保持良好的輻射特性，增益效果。因此，設(shè)計(jì)一款 基于EBG結(jié)構(gòu)具有陷波特性的高性能超寬帶天線具有深遠(yuǎn)的意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 本發(fā)明的目的在于改善現(xiàn)有UWB天線陷波技術(shù)中影響天線輻射特性、增大天線 尺寸、陷波不易獨(dú)立控制等缺陷。通過(guò)將四個(gè)尺寸不同的L形槽EBG結(jié)構(gòu)分別加載于 正六邊形UWB天線的饋線兩側(cè)形成耦合，有效地濾除了 WIMAX (3. 3GHz-3. 6GHz )、WLAN (5. 15GHz-5. 35GHz，5. 725GHz-5. 825GHz)和 X 波段下行衛(wèi)星通訊信號(hào)（5. 25GHz-5. 75GHz) 共四個(gè)頻段的信號(hào)，實(shí)現(xiàn)了良好的窄阻帶特性，并且四個(gè)陷波頻段特性可以獨(dú)立調(diào)節(jié)。
[0010] 本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：
[0011] 一種基于EBG結(jié)構(gòu)的四陷波超寬帶天線，其特征在于：包括部分金屬接地板（10)、 介質(zhì)基板（20)、天線輻射貼片（30)、50歐姆饋線（31)和四個(gè)尺寸不同的L形槽EBG單元 (40,50,60,70)。
[0012] 所述的一種基于EBG結(jié)構(gòu)的四陷波超寬帶天線，其特征在于：部分金屬接地板 (10)上頂邊中間部分刻蝕了與50歐姆饋線（31)等寬的矩形槽（11)，天線輻射貼片（30)為 正六邊形。
[0013] 所述的一種基于EBG結(jié)構(gòu)的四陷波超寬帶天線，其特征在于：四個(gè)尺寸不同的L形 槽EBG單元（40, 50,60, 70)分別加載于50歐姆饋線（31)兩側(cè)形成耦合；L形槽EBG單元 (40, 50,60, 70)包括EBG金屬貼片、L形槽（42, 52,62, 72)和四個(gè)金屬圓柱形過(guò)孔（41，51， 61，71)。
[0014] 所述的一種基于EBG結(jié)構(gòu)的四陷波超寬帶天線，其特征在于：四個(gè)金屬圓柱形過(guò) 孔（41，51，61，71)貫穿于EBG金屬貼片、介質(zhì)基板（20)和部分接地板（10)之間，金屬圓柱 形過(guò)孔（41，61)位于EBG金屬貼片的左上角，而金屬圓柱形過(guò)孔（51，71)位于EBG金屬貼片 的右上角。
[0015] 本發(fā)明相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)具有如下的優(yōu)點(diǎn)及特性：
[0016] (1)在CLV-EBG結(jié)構(gòu)中刻蝕L形槽，延長(zhǎng)了等效電流路徑，減小了 CLV-EBG單元的 尺寸，保證了 UWB天線的小型化，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于集成。
[0017] (2)在CLV-EBG結(jié)構(gòu)中刻蝕L形槽，使阻帶帶寬變窄，獨(dú)立地濾除了 WLAN兩個(gè)頻段 的信號(hào)，提高了頻譜利用率。
[0018] (3)天線的相對(duì)帶寬較寬，大于134. 9%，VSWR〈2的最低頻率為2. 33GHz，而最高頻 率大于12GHz。
[0019] (4)加載L形槽EBG結(jié)構(gòu)，對(duì)天線的輻射貼片表面電流影響較小，從而保持了 UWB 天線全頻段良好的全向輻射特性和穩(wěn)定的增益效果。
[0020] (5) WIMAX (3. 3GHz-3. 6GHz)、WLAN (5. 15GHz-5. 35GHz，5. 725GHz-5. 825GHz)和 X 波段下行衛(wèi)星通訊信號(hào)（5. 25GHz-5. 75GHz)四個(gè)陷波頻段特性(帶寬、位置等）可以通過(guò)調(diào) 節(jié)四個(gè)L形槽EBG結(jié)構(gòu)單元參數(shù)進(jìn)行獨(dú)立地控制。
【附圖說(shuō)明】
[0021] 圖1是天線基本結(jié)構(gòu)俯視圖；
[0022] 圖2是天線背面基本結(jié)構(gòu)圖；
[0023] 圖3是EBG陷波原理圖；
[0024] 圖4是天線駐波比參數(shù)示意圖；
[0025] 圖5是天線峰值增益示意圖；
[0026] 圖6是天線在4GHz下的E面方向圖；
[0027] 圖7是天線在4GHz下的H面方向圖；
【具體實(shí)施方式】
[0028] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。
[0029] 如圖1、圖2所示，一種基于EBG結(jié)構(gòu)的四陷波超寬帶天線，包括部分金屬接地板 (10)、介質(zhì)基板（20)、天線輻射貼片（30)、50歐姆饋線（31)和四個(gè)尺寸不同的L形槽EBG單 元（40, 50,60, 70)。其中部分接地板（10)位于介質(zhì)基板（20)底面，且上頂邊與天線輻射貼 片（30)之間有一定距離（U-Lg)，此距離用于調(diào)節(jié)UWB天線高頻段阻抗匹配。在部分金屬接 地板（10)上頂邊中間部分中心刻蝕了一個(gè)寬為W s，長(zhǎng)為L(zhǎng)s的矩形槽（11)，其寬度與50歐 姆饋線（31)相等，此矩形槽用于改善天線寬頻帶特性，提高駐波比帶寬。
[0030] 本發(fā)明的天線中，介質(zhì)基板（20)的相對(duì)介電常數(shù)為3,損耗角正切為0.004,高度 為h，加工成本低，易于與普通印刷電路板集成。
[0031] 天線輻射貼片（50)是邊長(zhǎng)為W的正六邊形，其上頂邊與介質(zhì)基板（20)上頂邊重 合，下底邊與50歐姆饋線（31)相接，饋線寬度為W f。
[0032] 四個(gè)尺寸不同的L形槽EBG單元（40，50，60，70 )為正方形，分別加載于50歐姆饋 線（31)兩側(cè)形成耦合，四個(gè)L形槽EBG單元（40, 50,60, 70)與50歐姆饋線（31)的距離分 別為gl、g2、g3、g 4，包括EBG金屬貼片、L形槽（42,52,62,72)和四個(gè)金屬圓柱形過(guò)孔（41， 51，61，71)。L形槽EBG單元（40，50，60 )中分別刻蝕了三個(gè)L形槽，而L形槽EBG單元（70 ) 中刻蝕了兩個(gè)L形槽。
[0033] 左邊兩個(gè)EBG金屬貼片相鄰兩邊相距LQ1，其中下方的EBG金屬貼片與介質(zhì)基板 (20)底邊相距1^。右邊兩個(gè)￡86金屬貼片相鄰兩邊相距1^ 2，其中下方的￡86金屬貼片與介 質(zhì)基板（20)底邊相距LM。四個(gè)EBG金屬貼片邊長(zhǎng)分別為 ai、a2、a3、a4，沒(méi)有增加天線的尺 寸，保持了天線的小型化。L形槽（42, 52,62, 72)寬都為0. 2mm，彼此之間距離也為0. 2mm， 且排列成螺旋狀，延長(zhǎng)等效電流路徑的同時(shí)減小了阻帶帶寬，實(shí)現(xiàn)了小型化和窄阻帶的綜 合設(shè)計(jì)。金屬圓柱形過(guò)孔（41，61)位于EBG金屬貼片的左上角，而金屬圓柱形過(guò)孔（51，71) 位于EBG金屬貼片的右上角，四個(gè)金屬圓柱形過(guò)孔（41，51，61，71)半徑分別為 其邊緣與EBG金屬貼片邊緣都相距均為0. 2mm。
[0034] 如圖3所示，這里從該UWB天線的主視圖來(lái)說(shuō)明L形槽EBG結(jié)構(gòu)的陷波原理，其 中介質(zhì)基板為透視結(jié)構(gòu)。以L形槽EBG單元（40)為例進(jìn)行說(shuō)明，當(dāng)通過(guò)50歐姆饋線（31) 向天線饋電時(shí)，EBG結(jié)構(gòu)金屬貼片與50歐姆饋線（31)形成稱合電容C 1(l，與部分金屬接地 板（10)通過(guò)介質(zhì)基板（20)形成稱合電容Cn，通過(guò)金屬圓柱形過(guò)孔（41)的電流回路等效 為電感L1(l，從而形成了一個(gè)并聯(lián)LC諧振回路，諧振頻率.
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于邸G結(jié)構(gòu)的四陷波超寬帶天線，其特征在于；包括部分金屬接地板（10)、介 質(zhì)基板（20 )、天線福射貼片（30 )、50歐姆饋線（31)和四個(gè)尺寸不同的L形槽邸G單元（40， 50,60,70)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于EBG結(jié)構(gòu)的四陷波超寬帶天線，其特征在于：部分 金屬接地板（10)上頂邊中間部分刻蝕了與50歐姆饋線（31)等寬的矩形槽（11)，天線福射 貼片（30)為正六邊形。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于EBG結(jié)構(gòu)的四陷波超寬帶天線，其特征在于：四個(gè) 尺寸不同的L形槽邸G單元（40, 50,60, 70)分別加載于50歐姆饋線（31)兩側(cè)形成禪合；L 形槽EBG單元（40, 50,60, 70)包括EBG金屬貼片、L形槽（42, 52,62, 72)和H個(gè)金屬圓柱形 過(guò)孔（41，51，61，71)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于EBG結(jié)構(gòu)的四陷波超寬帶天線，其特征在于：四個(gè) 金屬圓柱形過(guò)孔（41，51，61，71)貫穿于EBG金屬貼片、介質(zhì)基板（20)和部分接地板（10)之 間，金屬圓柱形過(guò)孔（41，61)位于邸G金屬貼片的左上角，而金屬圓柱形過(guò)孔（51，71)位于 EBG金屬貼片的右上角。
【專利摘要】一種基于EBG結(jié)構(gòu)的四陷波超寬帶天線，涉及超寬帶無(wú)線通信領(lǐng)域，包括部分金屬接地板（10）、介質(zhì)基板（20）、天線輻射貼片（30）、50歐姆饋線（31）和四個(gè)L形槽EBG結(jié)構(gòu)單元（40，50，60，70）。將四個(gè)尺寸不同的L形槽EBG結(jié)構(gòu)單元（40，50，60，70）分別與正六邊形UWB天線的50歐姆饋線（31）耦合，有效地濾除了WIMAX（3.4GHz-3.7GHz）、WLAN（5.15GHz-5.35GHz，5.725-5.825GHz）和X波段下行衛(wèi)星通訊（7.25GHz-7.75GHz）共四個(gè)頻段的信號(hào)。該天線在全頻段內(nèi)具有良好的全向輻射特性和穩(wěn)定的增益效果，適用于UWB無(wú)線通信系統(tǒng)。
【IPC分類】H01Q1-38, H01Q1-52, H01Q1-48
【公開(kāi)號(hào)】CN104681934
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201310613860
【發(fā)明人】張道亮, 孔媛媛, 劉雷
【申請(qǐng)人】哈爾濱飛羽科技有限公司
【公開(kāi)日】2015年6月3日
【申請(qǐng)日】2013年11月27日