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CN112993574A - 小型双陷波特性的超宽带单极子天线 - Google Patents

小型双陷波特性的超宽带单极子天线 Download PDF

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CN112993574A
CN112993574A CN202011566154.9A CN202011566154A CN112993574A CN 112993574 A CN112993574 A CN 112993574A CN 202011566154 A CN202011566154 A CN 202011566154A CN 112993574 A CN112993574 A CN 112993574A
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rectangular
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齐庆杰
杨桢
程会峰
宋阳
王海燕
赵尤信
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Coal Science Research Institute
Liaoning Technical University
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Coal Science Research Institute
Liaoning Technical University
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Abstract

本发明公开了一种小型双陷波特性的超宽带单极子天线，所述小型双陷波特性的超宽带单极子天线包括介质板、辐射贴片、微带馈线和接地板，所述辐射贴片设于所述介质板的一面，所述辐射贴片为椭圆形，所述辐射贴片的表面开设有矩形孔，所述微带馈线的一端与所述辐射贴片相连，所述微带馈线的另一端与所述介质板的外边沿相连，且所述微带馈线的长度方向与所述介质板的长度方向大体平行设置，接地板设于介质板的另一面，所述接地板的宽度与所述介质板的宽度相同，所述接地板沿所述介质板的长度方向上设有矩形槽，且所述矩形槽位于接地板的中部。本发明的小型双陷波特性的超宽带单极子天线的体型较小、结构简单、性能稳定且具有双陷波特性。

Description

小型双陷波特性的超宽带单极子天线
技术领域
本发明涉及超宽带天线的技术领域，具体地，涉及一种小型双陷波特性的超宽带单极子天线。
背景技术
近年来，随着人们工作和生活的需要，无线通讯技术已经成指数增长趋势，这对天线有了更大的需求和更高的要求。因为超宽带技术具有传输速率高、功耗低、分辨率高等优点，所以超宽带技术已经成为目前最有前途的研究领域。而超宽带天线是超宽带系统的核心部件，其性能的好坏直接影响着整个系统的传输性能。
自从2002年美国联邦通信委员会将3.1GHz-10.6GHz超宽频带划分到民用领域后，超宽带技术成为了重点的研究领域。超宽带系统占用的频带极宽，然而许多窄带通讯频段会强烈干扰UWB系统的正常工作。例如WLAN(5.15GHz-5.85GHz)、X波段(7.25GHz-7.75GHz)等。为了避免这些窄带信号的干扰，需设计具有陷波特性的超宽带天线，而实现小型化具有陷波特性的超宽带天线的是目前研究的重点。
相关技术中，技术人员为了解决超宽带系统与窄带系统之间的电磁干扰问题，在超宽带系统中引入带阻滤波器，但是这种方式增加了设计的复杂程度，提高了超宽带系统的制造成本。
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，本发明的实施例提出一种体型较小、结构简单、性能稳定且具有双陷波特性的小型双陷波特性的超宽带单极子天线。
根据本发明的实施例的小型双陷波特性的超宽带单极子天线包括：介质板；辐射贴片，所述辐射贴片设于所述介质板的一面，所述辐射贴片为椭圆形，所述辐射贴片的表面开设有矩形孔；微带馈线，所述微带馈线的一端与所述辐射贴片相连，所述微带馈线的另一端与所述介质板的外边沿相连，且所述微带馈线的长度方向与所述介质板的长度方向大体平行设置；接地板，所述接地板设于所述介质板的另一面，所述接地板的宽度与所述介质板的宽度相同，所述接地板沿所述介质板的长度方向上设有矩形槽，且所述矩形槽位于所述接地板的中部。
根据本发明的实施例的小型双陷波特性的超宽带单极子天线，由于辐射贴片的形状为椭圆形，从而实现了超宽带天线的小型化，通过在辐射贴片上开设矩形孔和在接地板上开设矩形槽可以有效的滤除了WLAN和X波段的两种窄带信号的干扰。从而本发明实施例的小型双陷波特性的超宽带单极子天线的体型较小、结构简单、性能稳定且具有双陷波特性。
在一些实施例中，所述矩形孔包括第一矩形孔，所述第一矩形孔包括多个第一矩形孔段，多个所述第一矩形孔段依次连通，且至少两个第一矩形孔段沿其长度方向相互平行设置。
在一些实施例中，所述第一矩形孔包括三个所述第一矩形孔段，且所述第一矩形孔的长度为6mm-7.5mm。
在一些实施例中，所述矩形孔还包括第二矩形孔，所述第一矩形孔和所述第二矩形孔沿所述介质板的宽度方向左右排布设置，所述第二矩形孔包括多个第二矩形孔段，多个所述第二矩形孔段依次连通，且至少两个第二矩形孔段沿其长度方向相互平行设置。
在一些实施例中，所述第二矩形孔包括三个所述第二矩形孔段，且所述第二矩形孔的长度为4mm-6mm。
在一些实施例中，所述微带馈线沿所述介质板的长度方向的尺寸为19mm-20mm，所述微带馈线沿所述介质板的宽度方向的尺寸为1.9mm。
在一些实施例中，所述微带馈线的阻抗为50Ω。
在一些实施例中，所述矩形槽沿所述介质板的长度方向的尺寸为9.5mm-10.5mm，所述矩形槽沿所述介质板的宽度方向的尺寸为1.9mm-2.3mm。
在一些实施例中，所述介质板的厚度为0.8mm。
附图说明
图1是本发明实施例的小型双陷波特性的超宽带单极子天线的正面示意图。
图2是本发明实施例的小型双陷波特性的超宽带单极子天线的背面示意图。
图3是本发明实施例的小型双陷波特性的超宽带单极子天线的回波损耗曲线图。
图4是本发明实施例的小型双陷波特性的超宽带单极子天线在3.5GHz频点的辐射方向图。
图5是本发明实施例的小型双陷波特性的超宽带单极子天线在6.6GHz频点的辐射方向图。
图6是本发明实施例的小型双陷波特性的超宽带单极子天线在9.8GHz频点的辐射方向图。
附图标记：
1、介质板；
2、辐射贴片；21、矩形孔；211、第一矩形孔；212、第二矩形孔；
3、微带馈线；
4、接地板；41、矩形槽。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
下面参考附图描述根据本发明实施例的小型双陷波特性的超宽带单极子天线。
如图1和图2所示，根据本发明实施例的小型双陷波特性的超宽带单极子天线包括介质板1、辐射贴片2、微带馈线3和接地板4。
如图1所示，辐射贴片2设于介质板1的一面(如图1中介质板1的正面)，辐射贴片2为椭圆形，辐射贴片2的表面开设有矩形孔21。微带馈线3的一端(如图1中微带馈线3的上端)与辐射贴片2相连，微带馈线3的另一端(如图1中微带馈线3的下端)与介质板1的外边沿(如图1中介质板1的下边沿)相连，微带馈线3的长度方向(如图1中微带馈线3的上下方向)与介质板1的长度方向(如图1中介质板1的上下方向)大体平行设置。
如图2所示，接地板4设于介质板1的另一面(如图2中介质板1的背面)，接地板4的宽度与介质板1的宽度相同。接地板4沿介质板1的长度方向上设有矩形槽41，且矩形槽41位于接地板4的中部。可以理解的是，如图2所示，矩形槽41的上端开口，矩形槽41的下端封闭。
根据本发明的实施例的小型双陷波特性的超宽带单极子天线，由于辐射贴片2的形状为椭圆形，从而实现了超宽带天线的小型化，通过在辐射贴片2上开设矩形孔21和在接地板4上开设矩形槽41可以有效的滤除了WLAN和X波段的两种窄带信号的干扰。从而本发明实施例的小型双陷波特性的超宽带单极子天线的体型较小、结构简单、性能稳定且具有双陷波特性。
具体地，如图1所示，椭圆形的辐射贴片2的短轴与介质板1的长度方向平行，椭圆形的辐射贴片2的长轴与介质板1的宽度方向平行。
进一步地，如图1所示，矩形孔21包括第一矩形孔211，第一矩形孔211包括多个第一矩形孔211段。例如，第一矩形孔211包括三个第一矩形孔211段。三个第一矩形孔211段依次连通，其中两个第一矩形孔211段沿其长度方向相互平行设置。优选地，第一矩形孔211的长度为6mm-7.5mm。
进一步地，如图1所示，矩形孔21还包括第二矩形孔212，第一矩形孔211和第二矩形孔212沿介质板1的宽度方向左右排布设置。第二矩形孔212包括多个第二矩形孔212段。例如，第二矩形孔212包括三个第二矩形孔212段。三个第二矩形孔212段依次连通，其中两个第二矩形孔212段沿其长度方向相互平行设置。优选地，第二矩形孔212的长度为4mm-6mm。
具体地，如图1所示，微带馈线3沿介质板1的长度方向(如图1中微带馈线3的上下方向)的尺寸为19mm-20mm，微带馈线3沿介质板1的宽度方向(如图1中微带馈线3的左右方向)的尺寸为1.9mm。优选地，微带馈线3的阻抗为50Ω。
进一步地，如图2所示，矩形槽41沿介质板1的长度方向(如图2中矩形槽41的上下方向)的尺寸为9.5mm-10.5mm，矩形槽41沿介质板1的宽度方向(如图2中矩形槽41的左右方向)的尺寸为1.9mm-2.3mm。可以理解的是，本发明实施例的小型双陷波特性的超宽带单极子天线可以通过调整矩形槽41的长度和宽度，以实现天线的良好的陷波特性。
可选地，如图1所示，介质板1的长度为40mm，介质板1的宽度为38mm，介质板1的厚度为0.8mm。介质板1由FR4环氧树脂材料制成，介质板1的相对介电常数为4.4，介质损耗角正切为0.02。
发明人为了进一步验证本发明实施例的小型双陷波特性的超宽带单极子天线具有双陷波特性，利用ANSYS HFSS 15.0进行仿真建模验证。
如图3所示，为本发明实施例的小型双陷波特性的超宽带单极子天线回波损耗小于-10dB的带宽为2.5GHz-10.7GHz，完全满足FCC规定的超宽带范围，并且在4.9GHz-5.8GHz、6.9GHz-8.4GHz之间产生了较好的陷波特性，可以有效的消除WLAN波段和X波段两种信号带来的干扰。
如图4所示，为本发明实施例的小型双陷波特性的超宽带单极子天线在3.5GHz时的辐射方向图，由图4可知，小型双陷波特性的超宽带单极子天线的E面辐射方向图近似呈现“8”字形定向辐射特性，小型双陷波特性的超宽带单极子天线的H面辐射方向图近似呈现圆形的全方向辐射特性。
如图5所示，为本发明实施例的小型双陷波特性的超宽带单极子天线在6.6GHz时的辐射方向图，由图5可知，小型双陷波特性的超宽带单极子天线的E面辐射方向图近似呈现“8”字形的定向辐射特性，小型双陷波特性的超宽带单极子天线的H面辐射方向图近似呈现圆形的全方向辐射特性。
如图6所示，为本发明实施例的小型双陷波特性的超宽带单极子天线在9.8GHz时的辐射方向图，由图6可知，小型双陷波特性的超宽带单极子天线的E面辐射方向图近似呈现“8”字形的定向辐射特性，小型双陷波特性的超宽带单极子天线的H面辐射方向图近似呈现圆形的全方向辐射特性。
通过仿真分析表明，本发明实施例的小型双陷波特性的超宽带单极子天线带宽为2.5GHz-10.7GHz，工作带宽完全满足超宽带的范围，且可以同时滤除WLAN波段和X波段两种信号带来的电磁干扰，其辐射特性良好，具有良好的使用价值。
本发明实施例的小型双陷波特性的超宽带单极子天线具有小型化、结构简单、辐射特性好、抗干扰能力强、性能稳定等优点，可以有效的滤除WLAN和X波段的两种窄带信号的干扰。因此具有较高的实用价值，且可应用于多种超宽带通信系统。在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本发明中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (9)

1.一种小型双陷波特性的超宽带单极子天线，其特征在于，包括：
介质板；
辐射贴片，所述辐射贴片设于所述介质板的一面，所述辐射贴片为椭圆形，所述辐射贴片的表面开设有矩形孔；
微带馈线，所述微带馈线的一端与所述辐射贴片相连，所述微带馈线的另一端与所述介质板的外边沿相连，且所述微带馈线的长度方向与所述介质板的长度方向大体平行设置；
接地板，所述接地板设于所述介质板的另一面，所述接地板的宽度与所述介质板的宽度相同，所述接地板沿所述介质板的长度方向上设有矩形槽，且所述矩形槽位于所述接地板的中部。
2.根据权利要求1所述的小型双陷波特性的超宽带单极子天线，其特征在于，所述矩形孔包括第一矩形孔，所述第一矩形孔包括多个第一矩形孔段，多个所述第一矩形孔段依次连通，且至少两个第一矩形孔段沿其长度方向相互平行设置。
3.根据权利要求2所述的小型双陷波特性的超宽带单极子天线，其特征在于，所述第一矩形孔包括三个所述第一矩形孔段，且所述第一矩形孔的长度为6mm-7.5mm。
4.根据权利要求3所述的小型双陷波特性的超宽带单极子天线，其特征在于，所述矩形孔还包括第二矩形孔，所述第一矩形孔和所述第二矩形孔沿所述介质板的宽度方向左右排布设置，所述第二矩形孔包括多个第二矩形孔段，多个所述第二矩形孔段依次连通，且至少两个第二矩形孔段沿其长度方向相互平行设置。
5.根据权利要求4所述的小型双陷波特性的超宽带单极子天线，其特征在于，所述第二矩形孔包括三个所述第二矩形孔段，且所述第二矩形孔的长度为4mm-6mm。
6.根据权利要求1所述的小型双陷波特性的超宽带单极子天线，其特征在于，所述微带馈线沿所述介质板的长度方向的尺寸为19mm-20mm，所述微带馈线沿所述介质板的宽度方向的尺寸为1.9mm。
7.根据权利要求6所述的小型双陷波特性的超宽带单极子天线，其特征在于，所述微带馈线的阻抗为50Ω。
8.根据权利要求1所述的小型双陷波特性的超宽带单极子天线，其特征在于，所述矩形槽沿所述介质板的长度方向的尺寸为9.5mm-10.5mm，所述矩形槽沿所述介质板的宽度方向的尺寸为1.9mm-2.3mm。
9.根据权利要求1所述的小型双陷波特性的超宽带单极子天线，其特征在于，所述介质板的厚度为0.8mm。
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