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CN106384878A - 一种阻带陡峭的双阻带超宽带天线 - Google Patents

一种阻带陡峭的双阻带超宽带天线 Download PDF

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CN106384878A
CN106384878A CN201610818509.6A CN201610818509A CN106384878A CN 106384878 A CN106384878 A CN 106384878A CN 201610818509 A CN201610818509 A CN 201610818509A CN 106384878 A CN106384878 A CN 106384878A
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patch
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CN201610818509.6A
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刘桂
曾喆
陈芸妮
林威洪
郅瑞行
白晶
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Wenzhou University
Original Assignee
Wenzhou University
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Abstract

本发明公布了一种阻带陡峭的双阻带超宽带天线，天线组成包括：介质基板，辐射单元，微带馈线，背面金属贴片，金属接地板，过孔。在辐射单元上开双L形槽，在背面金属贴片上开矩形槽，在金属接地板上为阶梯状结构。所述的辐射单元、微带馈线位于介质基板上表面，微带馈线与辐射单元相连接。背面金属贴片、金属接地板位于介质基板下表面，过孔将辐射单元和背面金属贴片穿孔相连。本发明具有边缘陡峭的阻带特性，在WiMAX和WLAN频段产生双阻带，有效地解决了在超宽带无线通信系统与WLAN、WiMAX系统之间相互干扰的难题。

Description

一种阻带陡峭的双阻带超宽带天线
技术领域
本发明涉及超宽带(UWB)天线领域，尤其是涉及一种阻带陡峭的双阻带超宽带天线。
背景技术
2002年2月，美国联邦通信委员会the Federal Communications Commission(FCC)正式批准了超宽带通信系统可使用的免授权频段为3.1GHz～10.6GHz，此后超宽带通信技术得到了广泛的关注，成为目前短距离无线通信的一大研究热点。
超宽带技术具有传输数据速率高、发射功率低、保密性能高、成本低等诸多优点，主要应用于室内通信、高速无线局域网、医学成像、短距离雷达等领域。
然而在超宽带系统的工作频段中仍存在一些窄带通信系统，如频段为5.15GHz～5.825GHz的无线局域网(WLAN)和频段为3.3GHz～3.7GHz的无线城域网(WiMAX)系统，因此在实际应用中，超宽带系统会与窄带通信系统相互干扰，严重影响各自的系统性能。
如何有效地抑制或降低无线局域网(WLAN)及无线城域网(WiMAX)等窄带通信系统的信号与超宽带(UWB)系统信号的相互干扰一直是研究的热点之一。在超宽带系统中使用带阻滤波器可有效抑制WiMAX和WLAN频段的信号，但是带阻滤波器使得系统体积变大，成本增高。具有阻带特性的双阻带超宽带天线是一种不错的选择。
学者们提出了各种超宽带天线的阻带技术，比如采用寄生单元、缺陷地、改进的开环谐振器、以及各种槽缝，比如圆形槽、F形槽、T形槽、E形槽等。然而大部分阻带技术不能实现陡峭边缘，且阻带过宽而导致带外的有用频段的信号也被衰减。本发明提出一种具有陡峭阻带边缘的双阻带超宽带天线，可有效地抑制阻带频段的信号，从而解决超宽带系统与无线局域网(WLAN)及无线城域网(WiMAX)等窄带通信系统的信号互扰问题，并提高超宽带系统的频带利用率。
发明内容
本发明的目的在于提供一种结构紧凑、易于加工生产、具有陡峭阻带特性的双阻带超宽带天线，以减少与WiMAX(3.3GHz～3.7GHz)和WLAN(5.15GHz～5.825GHz)系统信号之间的互扰，使超宽带通信系统与窄带通信系统可以协同通信。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：
一种阻带陡峭的双阻带超宽带天线，其组成包括：介质基板、辐射单元、微带馈线、背面金属贴片、金属接地板、过孔。所述的辐射单元、微带馈线印刷在介质基板上表面，背面金属贴片、金属接地板印刷在介质基板下表面，所述的过孔将位于介质基板上表面的辐射单元与介质基板下表面的背面金属贴片连接起来；所述的辐射单元位于介质基板上表面的中上部，微带馈线从介质基板下边缘引向辐射单元并与其连接，背面金属贴片位于介质基板下表面的中部，金属接地板位于介质基板下表面的中下部。
所述的辐射单元为八边形贴片或圆形贴片或椭圆形贴片或矩形贴片，并具有开缝结构。
所述的开缝结构为双L形槽结构。
所述的背面金属贴片为有矩形槽的矩形金属贴片结构。
所述的金属接地板为阶梯形结构。
所述的过孔为直径1.2mm的圆柱结构。
本发明所述的辐射单元上的双L形槽结构，可优化调节槽的结构尺寸以调整阻带频段，产生3.3GHz～3.7GHz频段的阻带，有效地抑制或降低超宽带通信系统与WiMAX系统之间的信号互扰。
本发明所述的具有矩形槽的背面金属贴片和梯形的金属接地板，使得超宽带天线的带宽进一步得以拓宽，符合超宽带天线的工作频段要求。
本发明所述的带有矩形槽结构的背面金属贴片与辐射单元通过所述的过孔相连，形成耦合电容，通过优化矩形槽的尺寸大小可调整阻带频段，产生5.15GHz～5.825GHz频段阻带，有效地抑制或降低超宽带通信系统与WLAN系统之间的信号互扰。
本发明所涉及的天线具有良好的宽频带特性，陡峭的阻带边缘，全向辐射特性，可有效抑制或降低与WiMAX(3.3GHz～3.7GHz)和WLAN(5.15GHz～5.825GHz)系统之间的信号互扰。
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的说明。
附图说明
图1是本发明的结构图；
图2是本发明的俯视图；
图3是本发明的底视图；
图4是本发明的侧视图；
图5是本发明的电压驻波比(VSWR)的曲线图；
图6是本发明在频率为4.5GHz的E面和H面的辐射方向图；
图7是本发明在频率为6.5GHz的E面和H面的辐射方向图；
图8是本发明在频率为9GHz的E面和H面的辐射方向图；
具体实施方式
本发明是具有双阻带的超宽带天线，其结构如图1、图2、图3、图4所示，该天线包括了介质基板(1)，辐射单元(2)，微带馈线(3)，背面金属贴片(4)，金属接地板(5)和过孔(241)。其中辐射单元(2)、微带馈线(4)位于介质基板的上表面，背面金属贴片(4)、金属接地板(5)位于介质基板的下表面。辐射单元(2)位于介质基板(1)的中上部，与位于中下部的微带馈线(3)相连。背面金属贴片(4)、金属接地板(5)分别位于介质基板下表面的中部和中下部。过孔(241)将辐射单元(2)和背面金属贴片(4)相连。
所述介质基板(1)厚度为1.59mm，介质是FR-4环氧树脂板，介电常数为4.4。
所述的馈线(3)的特征阻抗为50欧姆，线宽为3mm。
所述的八边形结构辐射单元(2)具有双L形槽(21、22)结构，左右L形槽(21、22)分别位于辐射单元(2)的左右两侧。两个L形槽距中心轴线为1.2mm，相互作用产生了在3.3GHz～3.7GHz频段的阻带。
所述的过孔(241)将介质基板上表面的辐射单元(2)和介质基板下表面的背面金属贴片(4)相连，使之形成耦合电容能够在5.15GHz～5.825GHz频段产生阻带。
图5是本发明实施例的电压驻波比(VSWR)图，由图可得，天线在3.3GHz～3.7GHz和5.15GHz～5.825GHz的两个频段内能产生理想的阻带，有效地抑制了与超宽带(UWB)频段相互重叠的WiMAX、WLAN频段的信号，所以该种阻带陡峭的双阻带超宽带天线能够在超宽带频段内正常地工作，与其它窄带无线通信系统(WiMAX、WLAN)互不干扰。
图6、图7、图8分别是本发明实施例在4.5GHz、6.5GHz、9GHz的E面和H面的辐射方向图，图中虚线为E面方向图，实线为H面方向图。可以看出，天线具有良好的全向辐射特性。

Claims (6)

1.一种阻带陡峭的双阻带超宽带天线，它包括介质基板(1)，辐射单元(2)，微带馈线(3)，背面金属贴片(4)，金属接地板(5)，过孔(241)；所述的辐射单元、微带馈线印刷在介质基板上表面，所述的背面金属贴片、金属接地板印刷在介质基板下表面，所述的过孔连接介质基板上表面的辐射单元和背面金属贴片；所述的辐射单元位于介质基板上表面的中上部，所述的微带馈线从介质基板下边缘引向所述的辐射单元并与其连接；所述的背面金属贴片位于介质基板下表面的中部，所述的金属接地板位于介质基板下表面的中下部。
2.根据权利要求1所述的一种阻带陡峭的双阻带超宽带天线，其特征在于：所述的辐射单元为八边形贴片或圆形贴片或椭圆形贴片或矩形贴片。
3.根据权利要求1所述的一种阻带陡峭的双阻带超宽带天线，其特征在于：所述的辐射单元具有双L形槽。
4.根据权利要求1所述的一种阻带陡峭的双阻带超宽带天线，其特征在于：所述的背面金属贴片上部有矩形开槽。
5.根据权利要求1所述的一种阻带陡峭的双阻带超宽带天线，其特征在于：所述的背面金属贴片与所述的辐射单元通过所述的过孔连接起来。
6.根据权利要求1所述的一种阻带陡峭的双阻带超宽带天线，其特征在于：所述的金属接地板为阶梯形结构。
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