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CN108539356B - 一种具有滤波功能的超宽带缝隙天线 - Google Patents

一种具有滤波功能的超宽带缝隙天线 Download PDF

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CN108539356B CN201810272337.6A CN201810272337A CN108539356B CN 108539356 B CN108539356 B CN 108539356B CN 201810272337 A CN201810272337 A CN 201810272337A CN 108539356 B CN108539356 B CN 108539356B
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杨海龙
赵雨辰
王丽黎
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Wuxi Weida Aviation Technology Co ltd
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Xian University of Technology
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Abstract

本发明公开了一种具有滤波功能的超宽带缝隙天线，包括介质板，在介质板顶面沿中心线设置阶梯馈电微带线，在天线背板中设置有开口缝隙槽，开口缝隙槽的位置与阶梯馈电微带线耦合；在天线背板中，临近开口缝隙槽设置有窄带缝隙槽。本发明在不增加天线本身尺寸的前提下大大提高了边带的频率选择特性，提高了带外干扰信号的抑制，应用在目标探测，目标跟踪以及短距离无线通信等超宽带领域。

Description

一种具有滤波功能的超宽带缝隙天线
技术领域
本发明属于超宽带天线技术领域，涉及一种具有滤波功能的超宽带缝隙天线。
背景技术
随着无线通信技术的发展，近几年超宽带通信技术得到了很好的发展，超宽带天线作为超宽带通信中的重要组成部分，因而收到了广泛的研究。
在实际的工程应用中由于超宽带较宽的带宽，很容易受到带外一些干扰信号的影响。在接收的信号中引入干扰信号会严重影响接收机的接收性能。在传统的工程应用中，通常在接收天线的后端串联一个带通滤波器来抑制带外信号的干扰。然而，这种方法中天线和滤波作为两个独立的器件会增加射频前端的尺寸和成本。因此，设计具有滤波器功能的超宽带滤波器对于减小射频前端的尺寸和降低成本有重要意义。2013年，Sai Wai Wong，提出了一种平面印刷天线，该天线采用4个短路连接线连接辐射面板和地板，实现了频率选择特性的提升以及滤波特性，该天线的尺寸28.5mm×28mm。该天线的不足之处，上下边带频率选择特性调节困难，不容易改善。2016年R.Li and P.Gao，和2017年，Sahoo,Anuj Kumar中都采用了单极子印刷辐射天线，通过在馈电微带线的位置设计具有滤波特性的馈电微带线来提升天线的频率选择特性。这种方法类似于将滤波器集成在天线的馈电端，一定程度上节省了单独滤波器。但是整个天线的尺寸因为加入滤波结构有所增加,分别为28.5mm×28mm，53mm×42mm。在不增加天线尺寸的条件下，提升天线的频率选择特性，使其具有较好的带外抑制效果，这对于超宽带天线在超宽带通信中的应用具有重要意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有滤波功能的超宽带缝隙天线，解决了传统射频前端中独立天线和滤波器尺寸大和成本高的问题。
本发明采用的技术方案是，一种具有滤波功能的超宽带缝隙天线，包括介质板，在介质板顶面沿中心线设置阶梯馈电微带线，在天线背板中设置有开口缝隙槽，开口缝隙槽的位置与阶梯馈电微带线耦合；在天线背板中，临近开口缝隙槽设置有窄带缝隙槽。
本发明的具有滤波功能的超宽带缝隙天线，其特征还在于：
所述的阶梯馈电微带线采用高低阻抗的馈电微带线结构。
所述的阶梯馈电微带线中，阶梯微带线的长度分别为L4＝2mm，L6＝1.6mm，L8＝2mm；阶梯微带线之间的距离分别为L5＝0.7mm，L7＝2.4mm，L9＝2mm；连接阶梯微带线的宽度为W3＝0.4mm；阶梯微带线终端矩形宽度W6＝2mm，长度L3＝5.4mm。
所述的天线背板中开口缝隙槽(3)的开口长度L2＝4.2mm，缝隙长度L10＝8.1mm，宽度W1＝0.5mm，开口缝隙槽距离馈电端口的距离为L1＝15mm。
所述的天线背板中窄带缝隙槽的长度L11＝8.5mm，宽度W2＝0.5mm。
本发明的有益效果是，包括介质板，具有滤波功能的阶梯馈电微带线，开口缝隙槽，以及可以延长电流路径的窄带缝隙槽。采用阶梯馈电微带线可以提升超宽带天线反射系数在高频的频率选择特性；通过在开口缝隙槽附近增加窄带缝隙槽可以改善低频的阻抗和频率选择特性。该超宽带天线在3.1-10.6GHz整个频段内的回波损耗小于-10dBm，天线在上下边带具有很好的频率选择特性，带外信号抑制较好，具有很好的滤波效果；天线的方向图为全向，和同类天线相比，本发明在不增加天线本身尺寸的前提下大大提高了边带的频率选择特性，提高了带外干扰信号的抑制，应用在目标探测，目标跟踪以及短距离无线通信等超宽带领域。
附图说明
图1是本发明超宽带天线整体结构示意图；
图2是本发明超宽带天线的反射系数测试结果曲线；
图3是本发明超宽带天线在4GHz时E面极坐标方向图；
图4是本发明超宽带天线在4GHz时H面极坐标方向图；
图5是本发明超宽带天线在5GHz时E面极坐标方向图；
图6是本发明超宽带天线在5GHz时H面极坐标方向图。
图中，1.阶梯馈电微带线，2.天线背板，3.开口缝隙槽，4.窄带缝隙槽。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
参照图1，本发明带陷波功能的微带超宽带天线结构是，介质板选用罗杰斯的板材或其它使用微波频段的板材，例如Rogers、陶瓷等，考虑到天线的工作频率较高，以罗杰斯的板材高频稳定性更好，优选罗杰斯的RT/Duroid5880的介质板，该介质板的介电常数为2.2，厚度为0.787mm；在介质板顶面沿中心线设置阶梯馈电微带线1，阶梯馈电微带线1采用高低阻抗的馈电微带线结构方式，使其在高频有较好的频率选择特性；
在天线背板2中设置有开口缝隙槽3，开口缝隙槽3的位置与阶梯馈电微带线1耦合形成辐射效果；开口缝隙槽3的开口明显加宽后，使其在高频有了更好的阻抗和辐射特性。
在天线背板2中，临近开口缝隙槽3设置有窄带缝隙槽4，使得整个天线在低频的阻抗得到了改善，从而使天线的工作带宽和频率选择特性都有了很好的改善。
普通微带天线的整体最优尺寸大小为长24mm，宽12mm，厚0.7mm，本发明不需要增加天线的尺寸，通过阶梯馈电微带线1，以及在开口缝隙槽3附近增加窄带缝隙槽4，就能够实现高频和低频的频率选择特性的改善。
本发明上述结构各个部位的有效尺寸范围分别是：
天线的整体长度L为24mm±0.1mm，宽度W为12mm±0.1mm，厚度为0.787mm±0.001mm；
对称的阶梯馈电微带线1中，阶梯微带线的长度分别为L4＝2mm，L6＝1.6mm，L8＝2mm；阶梯微带线之间的距离分别为L5＝0.7mm，L7＝2.4mm，L9＝2mm；连接阶梯微带线的宽度为W3＝0.4mm；阶梯微带线终端矩形宽度W6＝2mm，长度L3＝5.4mm；
天线背板2中开口缝隙槽3的开口长度L2＝4.2mm，缝隙长度L10＝8.1mm，宽度W1＝0.5mm，开口缝隙槽3距离馈电端口的距离为L1＝15mm；
天线背板2中窄带缝隙槽4的长度L11＝8.5mm，宽度W2＝0.5mm。
图2是本发明带陷波功能的超宽带天线的反射系数测试结果曲线，该曲线中的纵坐标为反射系数，横坐标为频率，其中-10dB反射系数的带宽为可接收频段范围，其范围为3.1-10.6GHz满足超宽带接收频段要求。天线反射系数在上下边带发射系数较陡，天线具有较好的频率选择特性；带外反射系数平坦，带外抑制较好。
图3-图6是本发明天线分别在4GHz、5GHz频段的超宽带天线E面、H面极坐标方向图，其中图3表示4GHz E面极坐方向图，图4表示4GHz H面极坐方向图，图5表示5GHz E面极坐方向图，图6表示5GHz H面极坐方向图。从在4GHz、5GHz频段的E面和H面两个方向图中，明显看出本发明天线具有很好的全向辐射特性，即无方向性，有较好的接收范围。

Claims (1)

1.一种具有滤波功能的超宽带缝隙天线，其特征在于：包括介质板，在介质板顶面沿中心线设置阶梯馈电微带线(1)，在天线背板(2)中设置有开口缝隙槽(3)，开口缝隙槽(3)的位置与阶梯馈电微带线(1)耦合；在天线背板(2)中，临近开口缝隙槽(3)设置有窄带缝隙槽(4)；
所述的阶梯馈电微带线(1)采用高低阻抗的馈电微带线结构；
所述的阶梯馈电微带线(1)中，阶梯微带线的长度分别为L4＝2mm，L6＝1.6mm，L8＝2mm；阶梯微带线之间的距离分别为L5＝0.7mm，L7＝2.4mm，L9＝2mm；连接阶梯微带线的宽度为W3＝0.4mm；阶梯微带线终端矩形宽度W6＝2mm，长度L3＝5.4mm；
所述的天线背板(2)中开口缝隙槽(3)的开口长度L2＝4.2mm，缝隙长度L10＝8.1mm，宽度W1＝0.5mm，开口缝隙槽(3)距离馈电端口的距离为L1＝15mm；
所述的天线背板(2)中窄带缝隙槽(4)的长度L11＝8.5mm，宽度W2＝0.5mm。
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