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CN110492236A - 一种三陷波超宽带天线 - Google Patents

一种三陷波超宽带天线 Download PDF

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贺卫
黄新利
冯汉炯
闫泽涛
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Abstract

本发明公开了一种三陷波超宽带天线，其特征在于，包括：介质基板，所述介质基板的上表面覆着有辐射贴片，下表面覆着有接地板；辐射贴片，所述辐射贴片包括月牙形贴片前端，所述月牙形贴片前端上设置有互补分裂谐振环型槽；微带馈线，所述微带馈线连接在所述月牙形贴片前端尾部，所述微带馈线两侧分别设置一个电磁带隙结构；接地板，所述接地板包括弧形边缘地板。本发明通过月牙形辐射贴片前端，渐变式微带馈电线和缺陷地的结构设计实现了超宽带的性能。本发明还通过同时采用互补分裂谐振环型槽和电磁带隙的技术手段，实现带有三个频率阻带的超宽带性能。

Description

一种三陷波超宽带天线
技术领域
本发明涉及超宽带天线技术领域，尤其涉及一种三陷波超宽带天线。
背景技术
超宽带(Ultra-wideband，UWB)技术是目前备受关注的一种新型无线通信技术。UWB 系统以其传输速度快、功耗低、系统简单和抗干扰能力强等特点得到了广泛的应用，例如车 载雷达系统，室内超宽带系统等。
目前市面上大部分应用于UWB定位终端的天线，频率覆盖范围太广，有些频带与其他 系统共用频带资源，有可能与其他系统江湖干扰，如WIMAX系统(3.3-3.8GHz)、WLAN 系统(5.15-5.825GHz)以及X波段卫星通信频段(7.9-8.4GHz)。因此，为UWB定位终端 设计和开发具有带陷功能的UWB天线具有很高的实用价值。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目 的是提供一种三陷波超宽带天线，实现同等性能的整体尺寸小，同时具备3个频率阻带，能 够避免与WIMAX系统，WLAN系统和X波段卫星通信系统的相互干扰，能够集成到UWB定位终端里。
本发明所采用的技术方案是：
第一方面，本发明提供一种三陷波超宽带天线，包括：
介质基板，所述介质基板的上表面覆着有辐射贴片，下表面覆着有接地板；辐射贴片， 所述辐射贴片包括月牙形贴片前端，所述月牙形贴片前端上设置有互补分裂谐振环型槽；微 带馈线，所述微带馈线连接在所述月牙形贴片前端尾部，所述微带馈线两侧分别设置一个电 磁带隙结构；接地板，所述接地板包括弧形边缘地板。
进一步地，所述电磁带隙结构为设置有沟槽的矩形贴片。
进一步地，所述沟槽设置于所述矩形贴片上，且以所述矩形贴片的中心呈对称设置。
进一步地，所述沟槽的形状为L型。
进一步地，所述矩形贴片和所述沟槽确定电磁带隙范围。
进一步地，所述弧形边缘地板的顶部正中心设置有弧面缺口，形成缺陷地。
进一步地，所述月牙形贴片前端为从椭圆形贴片前端顶部切割去椭圆形部分留下的贴片 结构，且所述月牙形贴片前端内设置有所述互补分裂谐振环形槽。
进一步地，所述的微带馈线为梯形状。
进一步地，所述的三陷波超宽带天线的工作带宽为2GHz-10Hz。
本发明的有益效果是：
本发明通过月牙形辐射贴片前端，渐变式微带馈电线和缺陷地的结构设计实现了超宽带 的性能。本发明还通过同时采用互补分裂谐振环型槽和电磁带隙的技术手段，实现带有三个 频率阻带的超宽带性能。
附图说明
图1是本发明一种天线结构设计实施例的上层贴片结构示意图；
图2是本发明一种天线结构设计实施例的下层缺陷地的结构示意图；
图3是本发明一种天线结构设计实施例的剖面结构的示意图；
图4是本发明一种天线结构设计实施例的阻抗比仿真和实测结果示意图。
附图标记标号说明
10：介质基板；
20：贴片前端；
21：互补分裂谐振环型槽；
30：微带馈线；
40：接地板；
50：EBG结构；
51：第一EBG结构
52：第二EBG结构
60：探针
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
参见图1、图2和图3，其示出了一种三陷波超宽带天线，结构包括：介质基板10、贴片前端20、微带馈线30、接地板40、矩形贴片50，贴片前端20、微带馈线30、EBG结构 50设置在介质基板10的上表面，接地板40设置在介质基板10的下表面。
本发明贴片天线印刷在FR4介质基板10上，在介质基板10的上下两表面分别覆有上表 面辐射贴片和下表面导电层，材质为铜。辐射贴片和导电层通过SMA接头相连；上表面辐 射贴片呈类高脚杯状贴片，辐射贴片包括口径由大渐变减小的贴片前端20以及连接在贴片 前端20尾部的宽度渐变的梯形微带馈线30，微带馈线的输入阻抗为50Ω，贴片前端20为左 右对称的从椭圆形贴片前端切割去弧形面留下的渐变结构。
贴片前端20呈月牙形，贴片前端20内设置有互补分裂谐振环型槽21。互补分裂谐振环 型槽21为下端开设有矩形缺口的环状槽。通过环状结构能够很好地调节陷波效果。互补分 裂谐振环型槽21的设置产生了WIMAX系统(3.3-3.8GHz)频段陷波。
优选地，谐振环型槽的形状可为圆环型、方环型。
微带馈线30两侧设置有一对EBG(电磁带隙)结构50，矩形贴片结构为普通蘑菇型结 构，矩形贴片内部设置有一对的L型槽，该贴片结构构成电磁带隙(EBG)结构。两个电磁带隙结构的结构相似、大小不同。通过调整L型槽的相互位置和朝向、宽度、长度以及与馈电端口的距离等参数实现良好的陷波特性。在微带馈线的一侧设置有第一EBG结构51产生无线局域网(5.15-5.825GHz)频段陷波。在微带馈线另一侧还设置有第二EBG结构52产生 X波段卫星通信频段(7.9-8.4GHz)陷波。EBG结构通过探针60接地。EBG结构采用一对 以贴片中心对称的L型槽的设计与现有技术相比，有助于提高陷波的精确性，不仅能更好地 达到陷波效果，还有助于使天线主体小型化。
介质基板10的背面设置有接地板40，接地板40为弧形边缘地板，在接地板的顶部正中 心有一个被挖去的弧形面，称为缺陷地。
介质基板10上表面辐射贴片的贴片前端20口径由大渐变减小，与连接在尾部的微带馈 线30共同组合成为类高脚杯状结构，配合凹陷的弧形边缘地板，通过结构的渐变使得天线 在不同频段的谐振模式能够平稳地过渡，确保在较宽的频带内获得良好的阻抗匹配。
天线的辐射贴片10和天线的接地板40通过渐变型的微带馈线进行馈电，从而获得一个 超宽带的阻带带宽。
在本实施例中，互补分裂谐振环型槽22能够产生一个3.3-3.8GHz的带陷。两个电磁带 隙结构分别形成两个频段带陷，分别为4.82-5.88GHz，7.7-8.55GHz频段带陷。
参见图4，其示出了该天线结构在HFSS软件测试环境下驻波比(VSWR)的仿真和实测结果示意图，
从仿真示意图可知：驻波比小于2时，天线有效辐射功率较高，可以正常工作，驻波比 大于2时，天线的辐射功率损耗较大。
仿真结果表明：该天线设计实施例的正常工作频段为2.5GHz-10GHz，可同时滤除WIMAX系统(3.3-3.8GHz)、WLAN系统(5.15-5.825GHz)以及X波段卫星通信频段 (7.9-8.4GHz)三个窄带通信系统产生的电磁干扰，且在通带频段内具有基本稳定的辐射特 性，使得天线具有较高的实用价值。
上述实施例展示的具有三陷波特性的超宽带天线具有小型化、结构简单、陷波数量多、 陷波形态好等优点，通过同时采用互补分裂谐振环型槽、电磁带隙结构和缺陷地的技术手段 产生阻带，滤除了WIMAX、WLAN、X波段卫星三种窄带信号的干扰，实现了超宽带系统 与其他窄带通信系统的相互兼容协同通信。本实施例采用在接地板的顶部正中心设置弧面形 成缺陷地结构与辐射贴片的形状配合，通过结构的渐变使得天线在不同的谐振模式的转换能 够平稳过渡，确保在较宽的频段内获得良好的阻抗匹配从而能够优化天线的性能。另外，本 实施例采用互补分裂谐振环型槽和中心对称L型槽的技术手段产生陷波特性，结构简单，代 替了滤波器设计，降低设计成本和设计复杂度，加工方便，便于生产，尺寸较小，结构紧凑。
以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉 本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做出种种的等同变形或替换，这些等同 的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (10)

1.一种三陷波超宽带天线，其特征在于，包括：
介质基板，所述介质基板的上表面覆着有辐射贴片，下表面覆着有接地板；
辐射贴片，所述辐射贴片包括月牙形贴片前端，所述贴片前端上设置有互补分裂谐振环型槽；
微带馈线，所述微带馈线连接在所述月牙形贴片前端尾部，所述微带馈线两侧分别设置一个电磁带隙结构；
接地板，所述接地板包括弧形边缘地板。
2.根据权利要求1所述的三陷波超宽带天线，其特征在于，所述电磁带隙结构为设置有沟槽的矩形贴片。
3.根据权利要求2所述的三陷波超宽带天线，其特征在于，所述沟槽设置于所述矩形贴片上，且以所述矩形贴片的中心呈对称设置。
4.根据权利要求3所述的三陷波超宽带天线，其特征在于，所述沟槽的形状为L型。
5.根据权利要求4所述的三陷波超宽带天线，其特征在于，所述矩形贴片和所述沟槽确定所述电磁带隙结构的电磁带隙范围。
6.根据权利要求1或2所述的三陷波超宽带天线，其特征在于，所述弧形边缘地板的顶部正中心设置有弧面缺口，形成缺陷地。
7.根据权利要求1或2所述的三陷波超宽带天线，其特征在于，所述月牙形贴片前端为从椭圆形贴片前端顶部切割去椭圆形部分留下的贴片结构，且所述贴片前端内设置有所述互补分裂谐振环形槽。
8.根据权利要求1或2所述的三陷波超宽带天线，其特征在于，所述互补分裂谐振环形槽为下端带缺口的圆环状槽或方环型槽。
9.根据权利要求1或2所述的三陷波超宽带天线，其特征在于，所述微带馈线为梯形状。
10.根据权利要求1或2所述的三陷波超宽带天线，其特征在于，所述三陷波超宽带天线的工作带宽为2GHz-10Hz。
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