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CN109672020B - 一种共面波导馈电的超宽带双陷波柔性天线 - Google Patents

一种共面波导馈电的超宽带双陷波柔性天线 Download PDF

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高超峰
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李晓笛
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Abstract

本发明涉及一种共面波导馈电的超宽带双陷波柔性天线，包括基板、接地板、馈电线和辐射贴片，所述的接地板、馈电线和辐射贴片位于基板的同一侧，为共面波导结构，所述的基板为柔性板材，所述的辐射贴片为带有开口谐振环的椭圆形结构，所述的开口谐振环为带有缺口的椭圆环形，缺口朝向辐射贴片与馈电线的连接处，所述的馈电线上蚀刻有n型槽。与现有技术相比，本发明通过在贴片上蚀刻椭圆环形金属开口谐振环(ES‑SRR)和在馈线上蚀刻n型槽实现UWB双陷波特性。使得在天线的工作频率上抑制了WiMAX和ITU 8GHz频段对超宽带通信系统的干扰。

Description

一种共面波导馈电的超宽带双陷波柔性天线
技术领域
本发明涉及一种超宽带天线，尤其是涉及一种共面波导馈电的超宽带双陷波柔性天线。
背景技术
近年来，对超宽带(UWB)的研究趋势越来越迅猛。在USW系统覆盖的频带范围内包含了许多窄带系统，比如WiMAX(5.25-5.85GHz)和ITU 8GHz（8.2-8.5GHz）等。为了抑制不同频段间的干扰，科研人员提出了具有陷波特性的超宽带天线。通常通过3种方式形成陷波：①在地板上开槽或挖孔；②在介质基板上加载特殊形状的寄生枝节；③在天线的辐射贴片上开缝。此外，在复杂的电磁环境下，超宽带系统中会要求不止一个陷波频带，这便要求设计出多陷波天线。
带有陷波特性的超宽带柔性天线，满足许多柔性电子设备的应用需求，目前已经设计出了多种柔性天线。而能应用于WLAN和超宽带频段的生物兼容式柔性无线前端成为高频柔性电子器件的研究热点之一。共面波导天线金属结构只有一层，具有辐射损耗小、色散性能好的优点，对加工的精度要求也不高，相比于传统的微带馈电天线，可以展宽天线的阻抗带宽，有利于天线的小型化，易于共形。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种共面波导馈电的超宽带双陷波柔性天线。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种共面波导馈电的超宽带双陷波柔性天线，包括基板、接地板、馈电线和辐射贴片，所述的接地板、馈电线和辐射贴片位于基板的同一侧，为共面波导结构，所述的基板为柔性板材，所述的辐射贴片为带有开口谐振环的椭圆形结构，所述的开口谐振环为带有缺口的椭圆环形，缺口朝向辐射贴片与馈电线的连接处，所述的馈电线上蚀刻有n型槽。
所述的接地板位于馈电线两侧。
所述的馈电线为宽度渐变的长条形，宽度朝远离辐射贴片的方向逐渐增加。
所述的辐射贴片与馈电线的连接处带有两个分岔，两个分岔对称的连接在馈电线两侧。
所述的分岔为弧形。
所述的基板材料厚度为0.1mm。
所述的基板为液晶聚合物制成的板材。
所述的共面波导的特性阻抗为平滑过渡变化，辐射贴片与馈电线的连接处的输入阻抗为50Ω，馈电线末端处的输入阻抗为100Ω。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
（1）天线的基本结构由椭圆形辐射贴片、渐变馈电线和两边对称的直角梯形地板组成。通过在贴片上蚀刻椭圆环形金属开口谐振环（ES-SRR）和在馈线上蚀刻n型槽实现UWB双陷波特性。该天线在3.1GHz-10.6GHz的频段内回波损耗(S11)小于-10dB，在4.94-5.98GHz和8.06-8.57GHz具有陷波特性。分别抑制了WiMAX和ITU 8GHz频段对超宽带通信系统的干扰。
（2）通过将半环形状的馈电分支和椭圆形辐射贴片结合在一起，由于贴片底部处的三个馈电分支形成对称结构，辐射贴片上可以获得更为整齐的垂直电流模式。通过改变环形馈电分支的半径和其它相关参数，阻抗带宽可以获得很大的展宽。作为匹配网络中的一部分，梯形地板不仅可以为贴片输入端带来宽带多谐振特性，而且同样也有助于天线的辐射。可以使天线在3.1GHz-10.6GHz的频段内达到S11小于-10dBDE 全通状态。
（3）基板使用了液晶聚合物（LCP)材料，其具有高强度、高刚性、耐高温、电绝缘性等特点，拥有着优异的使用前景。因而，以lcp材料做基板的天线，拥有极好的柔韧性，可以随意弯曲，覆在载体表面。在弯曲的情况下，不该变天线性能。而且LCP的介电常数在足够宽的频率范围内都十分地稳定。带有陷波特性的超宽带柔性天线，满足许多柔性电子设备的应用需求，有着极好和发展前景。
（4）共面波导天线的金属结构只有一层，具有辐射损耗小、色散性能好的优点，对加工的精度要求也不高，相比于传统的微带馈电天线，可以展宽天线的阻抗带宽，有利于天线的小型化，易于共形。
附图说明
图1为本实施例天线的结构示意图；
图2为本实施例天线的S11仿真结果。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例
如图1所示，一种共面波导馈电的超宽带双陷波柔性天线，包括基板1、接地板2、馈电线3和辐射贴片4，接地板2、馈电线3和辐射贴片4位于基板1的同一侧，为共面波导结构，基板1为柔性板材，辐射贴片4为带有开口谐振环的椭圆形结构，开口谐振环为带有缺口的椭圆环形，缺口朝向辐射贴片4与馈电线3的连接处，馈电线3上蚀刻有n型槽。
接地板2位于馈电线3两侧，呈直角梯形。
馈电线3为宽度渐变的长条形，宽度朝远离辐射贴片4的方向逐渐增加。
辐射贴片4与馈电线3的连接处带有两个弧形分岔，两个分岔对称的连接在馈电线3两侧。
通过在贴片上蚀刻椭圆环形金属开口谐振环（ES-SRR）和在馈电线3上蚀刻n型槽实现UWB双陷波特性。该天线在3.1GHz-10.6GHz的频段内回波损耗(S11)小于-10dB，在4.94-5.98GHz和8.06-8.57GHz具有陷波特性。分别抑制了WiMAX和ITU 8GHz频段对超宽带通信系统的干扰。
基板1为液晶聚合物制成的板材，其介电常数为2.9，损耗角正切为0.002，厚度为0.1m。采用渐变共面波导的形式，从而实现共面波导特性阻抗从接头处的50Ω到共面波导馈线终端处的天线输入阻抗约100Ω的平滑过渡。
图2为本实施例天线的S11仿真结果，可以看出用于WiMAX和ITU 8GHz频段的阻带。

Claims (5)

1.一种共面波导馈电的超宽带双陷波柔性天线，包括基板、接地板、馈电线和辐射贴片，所述的接地板、馈电线和辐射贴片位于基板的同一侧，为共面波导结构，其特征在于，所述的基板为柔性板材，所述的辐射贴片为带有开口谐振环的椭圆形结构，所述的开口谐振环为带有缺口的椭圆环形，缺口朝向辐射贴片与馈电线的连接处，所述的馈电线上蚀刻有n型槽；
所述的辐射贴片与馈电线的连接处带有两个分岔，两个分岔对称的连接在馈电线两侧；
所述的基板为液晶聚合物制成的板材；
所述的分岔为弧形。
2.根据权利要求1所述的一种共面波导馈电的超宽带双陷波柔性天线，其特征在于，所述的接地板位于馈电线两侧。
3.根据权利要求1所述的一种共面波导馈电的超宽带双陷波柔性天线，其特征在于，所述的馈电线为宽度渐变的长条形，宽度朝远离辐射贴片的方向逐渐增加。
4.根据权利要求1所述的一种共面波导馈电的超宽带双陷波柔性天线，其特征在于，所述的基板材料厚度为0.1mm。
5.根据权利要求1所述的一种共面波导馈电的超宽带双陷波柔性天线，其特征在于，所述的共面波导的特性阻抗为平滑过渡变化，辐射贴片与馈电线的连接处的输入阻抗为50Ω，馈电线末端处的输入阻抗为100Ω。
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