圓環(huán)形超寬帶平面印刷天線的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及圓環(huán)形超寬帶平面印刷天線，在天線饋線兩側(cè)加入諧振結(jié)構(gòu)以實(shí)現(xiàn)雙陷波功能，天線輻射單元為圓環(huán)形平面印刷結(jié)構(gòu)，并對地板進(jìn)行了部分裁剪。該天線實(shí)現(xiàn)了從3.1GHz到10.6GHz的超寬帶傳輸特性(VSWR〈2)，且分別于3.4?3.7GHz (WLAN頻段)、5.4?6.0GHz (WiMAX頻段)兩個窄帶頻段形成阻帶，有效降低了與該兩頻段間的干擾。
【背景技術(shù)】
[0002]超寬帶通信技術(shù)廣泛應(yīng)用在雷達(dá)、定位、電子對抗以及保密通信等領(lǐng)域，長期以來被各國視為尖端軍事技術(shù)而嚴(yán)密防護(hù)，直到近年來才逐漸趨于民用。超寬帶通信技術(shù)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)可總括如下:①高隱蔽性。無線電空間傳播的“公開性”是無線電通信的固有不足，而超寬帶無線電通信的帶寬可達(dá)IGHz乃至更高，且其所需平均功率極小，信號被“淹沒”于環(huán)境噪聲和其他信號中，不會被輕易檢測到。②較強(qiáng)的多徑辨識能力和較高的信息傳輸速率。超寬帶無線通信系統(tǒng)發(fā)射的是持續(xù)時間極短的脈沖，占空比極低，多徑信號在時間上可分離。這種時間上的不重疊很容易分離出多徑分量以充分利用發(fā)射信號的能量，提高超寬帶通信系統(tǒng)解調(diào)信號的信噪比，降低因多徑干擾造成的符號間干擾。借助抗多徑干擾性能，超寬帶無線通信系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)高速率數(shù)據(jù)傳輸。③系統(tǒng)容量大。超寬帶無線通信系統(tǒng)發(fā)送占空比極低的沖擊脈沖，采用跳時地址碼調(diào)制，便于組成類似于DS-CDMA系統(tǒng)的移動網(wǎng)絡(luò)。由于超寬帶無線通信系統(tǒng)具有很高的處理增益和較強(qiáng)的多徑辨識能力，因此其用戶量大大高于3G系統(tǒng)。④穿透能力強(qiáng)，易于實(shí)現(xiàn)定位與通信的一體化。⑤功耗低。
[0003]超寬帶天線是超寬帶無線通信系統(tǒng)的關(guān)鍵組成部分之一，其設(shè)計(jì)需考慮兩方面內(nèi)容:①實(shí)現(xiàn)從3.1GHz到10.6GHz的超寬帶傳輸特性(VSWR〈2);②考慮到與WLAN及WiMAX窄帶通信頻段的互擾問題，天線進(jìn)行寬頻帶通信的同時要具備這些窄帶頻段的陷波功能。基于以上兩點(diǎn)考慮，出現(xiàn)了傳統(tǒng)的具有陷波特性超寬帶天線的設(shè)計(jì)方法，即通過等效電路分析，在天線輻射單元上加開某些具有特定功能的槽孔(如L型槽、U型槽)等，以達(dá)到形成所需阻帶的目的。本發(fā)明采用了濾波模塊與天線饋線相結(jié)合的新方法，既回避了通過改造輻射結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)陷波的復(fù)雜性，又達(dá)到了良好的濾波性能，具有較高的實(shí)用價值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種圓環(huán)形超寬帶平面印刷天線，且具有雙阻帶功能。如圖1所示，本發(fā)明提出的超寬帶天線由五部分構(gòu)成，分別是貼片天線I (包含輻射單元與饋線)、介質(zhì)基板2、3.5GHz階躍諧振器3、5.6GHz階躍諧振器4和接地板5。需要特別說明的是，接地板經(jīng)過裁剪后，主要位于天線饋線一側(cè)，而輻射單元一側(cè)不加地板。整個超寬帶天線的構(gòu)造及尺寸如圖2所示，兩個諧振器的外形及尺寸如圖3所示。
[0005]本發(fā)明采用的技術(shù)方案:
[0006]圓環(huán)形超寬帶平面印刷天線，其特征在于，具有3.1GHz到10.6GHz的超寬帶傳輸特性(VSWR〈2)和3.4?3.7GHz (WLAN頻段)及5.4?6.0GHz (WiMAX頻段)兩個頻段的陷波特性，貼片天線I由內(nèi)、外徑分別為Ln、L4的圓環(huán)形輻射單元和長L5、寬L6的天線饋線構(gòu)成，位于介質(zhì)基板2的上表面，貼片天線I的軸線與介質(zhì)基板2的軸線重合。
[0007]所述圓環(huán)形超寬帶平面印刷天線，其特征在于，介質(zhì)基板2的長、寬、高分別為U、L2、L3，其相對介電常數(shù)為2.2。
[0008]所述圓環(huán)形超寬帶平面印刷天線，其特征在于，濾波結(jié)構(gòu)由5.75GHz階躍諧振器3和8.4GHz階躍諧振器4兩部分組成，分別位于貼片天線I的矩形饋線的兩側(cè)，兩諧振器外形呈折疊式，結(jié)構(gòu)完全一致，尺寸成線性比例，底邊均與饋線長邊平行，且距饋線0.15mm。
[0009]所述圓環(huán)形超寬帶平面印刷天線，其特征在于，兩個階躍諧振器的結(jié)構(gòu)由參數(shù)Ip12、13、W1' W2> W3> W4> W5> W6> W7> W8決定,調(diào)整這些參數(shù)的大小將影響諧振頻點(diǎn)(即阻帶頻段)的大小。
[0010]所述圓環(huán)形超寬帶平面印刷天線，其特征在于，接地板5位于介質(zhì)基板2的下表面，長、寬分別為L2和Lltl,接地板5位于貼片天線I的饋線一側(cè)，其在輻射單元(即圓環(huán)形貼片)一側(cè)的部分被裁減掉。
[0011]所述圓環(huán)形超寬帶平面印刷天線，其特征在于，接地板5的一側(cè)被裁去長L8、寬L10-L7I的矩形區(qū)域，該矩形區(qū)域的對稱軸與接地板5的對稱軸重合。
[0012]后文將結(jié)合附圖及【具體實(shí)施方式】對
【發(fā)明內(nèi)容】
進(jìn)行詳細(xì)論述。
【附圖說明】
[0013]圖1是本發(fā)明所述圓環(huán)形超寬帶平面印刷天線的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014]圖2是本發(fā)明所述圓環(huán)形超寬帶平面印刷天線的尺寸說明圖；
[0015]圖3是兩個階躍諧振器的結(jié)構(gòu)、尺寸說明圖；
[0016]符號說明:
[0017]I是貼片天線(包含輻射單元與饋線)，2是介質(zhì)基板，3是3.5GHz階躍諧振器、4是5.6GHz階躍諧振器，5是接地板。
【具體實(shí)施方式】
[0018]由于所述圓環(huán)形超寬帶平面印刷天線工作于微波頻段，這里將借助微波傳輸線理論來分析其輻射原理。假設(shè)貼片天線圓環(huán)形輻射單元的外徑為半波長λ/2，介質(zhì)基板的厚度為L3。這樣，可以將圓環(huán)形輻射單元、介質(zhì)基板和接地板看作長為λ/2的低阻抗微帶傳輸線，并在輻射單元邊緣部位形成開路。又因?yàn)榻橘|(zhì)基板厚度遠(yuǎn)小于波長λ，因而電場沿貼片平面法線方向的分量基本無變化。在只考慮主模激勵的情況下，電磁波輻射基本可以認(rèn)為是由輻射單元開路部位的邊緣引起的。可以將開路端的電場分解為沿貼片平面的水平分量和平行于平面法線的垂直分量，其中垂直分量因相位相反而相互抵消，故電場的水平分量使輻射單元開路端被等效為無限大平面上同相激勵的環(huán)形縫隙。這樣，輻射單元的對外輻射就等效成了縫隙的輻射。
[0019]如圖2 所示，Lp L2, L3> L4, L5, L6, L7, L8, L9, L10 和 L11 的長度分別為 33mm、25mm、
1.2mm、8mm、16.5mm>3.6mm、llmm、3.8mm>10.6mm>16mm 和 4mmn
[0020]如圖3所示，圖中結(jié)構(gòu)外形與超寬帶天線中不同諧振頻率的兩個諧振器的外形完全一致，具體尺寸按下文所述設(shè)定。
[0021]對3.5GHz 階躍諧振器，I!、12、13、W1^ W2> W3> W4> W5> W6> W7> W8 的長度分別為 0.2mm>
0.2mm>0.2mm>5.8mm>0.2mm>2.4mm、L 6mm>0.2mm、L 6mm>0.2mm>2.2mm ;對 5.6GHz 階躍諧振器，I” 12、IywpW2JyW4JpW6JpW8 的長度分別為 0.16mm、0.16mm、0.16mm、4.4mm、0.16mm、
1.96mm、1.32mm、0.16mm、1.32mm、0.16mm、1.7mm。區(qū)別于具有陷波特性超寬帶天線的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，所述發(fā)明不再通過在天線輻射單元上加開某些具有特定功能的槽孔來達(dá)到所需阻帶特性的目的，而是采用濾波模塊與天線饋線相結(jié)合的新方法，在避免改造輻射結(jié)構(gòu)導(dǎo)致更高復(fù)雜性的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)良好的濾波性能，具有較高的實(shí)用價值。
[0022]階躍諧振器的諧振頻點(diǎn)可以通過改變1:、12、的長短來進(jìn)行調(diào)整，在外形不變的情況下，按比例線性增加四個量的值，將使得諧振點(diǎn)向低頻移動?？梢姡绻獙?shí)現(xiàn)超寬帶天線的低頻阻帶，可以適當(dāng)放寬對諧振器緊湊性的要求。
[0023]基于IEEE802.11標(biāo)準(zhǔn)的WLAN允許在局域網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中使用ISM中的2.4GHZ和5.8GHZ頻段，基于IEEE802.16標(biāo)準(zhǔn)的WiMAX則開放ISM中的3.5GHz頻段，為避免超寬帶通信系統(tǒng)與WLAN頻段及WiMAX頻段的相互干擾，所述圓環(huán)形超寬帶平面印刷天線分別于3.4?3.7GHz、5.4?6.0GHz兩個頻段的陷波功能防止了與相應(yīng)窄帶系統(tǒng)的相互干擾，這是本發(fā)明除超寬帶傳輸特性之外的另一重要應(yīng)用意義。當(dāng)然亦可根據(jù)實(shí)際需求來恰當(dāng)設(shè)置階躍諧振器尺寸，以達(dá)到對不同窄帶頻段的陷波效果。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.圓環(huán)形超寬帶平面印刷天線，其特征在于，具有3.1GHz到10.6GHz的超寬帶傳輸特性(VSWR〈2)和3.4?3.7GHz (WLAN頻段)及5.4?6.0GHz (WiMAX頻段)兩個頻段的陷波特性，貼片天線I由內(nèi)、外徑分別為Ln、L4的圓環(huán)形輻射單元和長L5、寬L6的天線饋線構(gòu)成，位于介質(zhì)基板2的上表面，貼片天線I的軸線與介質(zhì)基板2的軸線重合。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述圓環(huán)形超寬帶平面印刷天線，其特征在于，介質(zhì)基板2的長、寬、高分別為U、L2、L3，其相對介電常數(shù)為2.2。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述圓環(huán)形超寬帶平面印刷天線，其特征在于，濾波結(jié)構(gòu)由5.75GHz階躍諧振器3和8.4GHz階躍諧振器4兩部分組成，分別位于貼片天線I的矩形饋線的兩偵牝兩諧振器外形呈折疊式，結(jié)構(gòu)完全一致，尺寸成線性比例，底邊均與饋線長邊平行，且距饋線 0.15mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述圓環(huán)形超寬帶平面印刷天線，其特征在于，兩個階躍諧振器的結(jié)構(gòu)由參數(shù)12> 13> W1^ w2> w3> w4> w5> w6> w7> W8決定,調(diào)整這些參數(shù)的大小將影響諧振頻點(diǎn)(即阻帶頻段)的大小。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述圓環(huán)形超寬帶平面印刷天線，其特征在于，接地板5位于介質(zhì)基板2的下表面，長、寬分別為L2和Lltl，接地板5位于貼片天線I的饋線一側(cè)，其在輻射單元(即圓環(huán)形貼片)一側(cè)的部分被裁減掉。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述圓環(huán)形超寬帶平面印刷天線，其特征在于，接地板5的一側(cè)被裁去長L8、寬ILltl-L7I的矩形區(qū)域，該矩形區(qū)域的對稱軸與接地板5的對稱軸重合。
【專利摘要】本發(fā)明涉及圓環(huán)形超寬帶平面印刷天線，由貼片天線1（包含圓環(huán)形輻射單元與饋線）、介質(zhì)基板2、3.5GHz階躍諧振器3、5.6GHz階躍諧振器4和接地板5五部分組成，其特征是，在天線饋線兩側(cè)加入諧振結(jié)構(gòu)以實(shí)現(xiàn)雙陷波功能，天線輻射單元為圓環(huán)形平面印刷結(jié)構(gòu)，并對地板進(jìn)行了部分裁剪。該天線實(shí)現(xiàn)了從3.1GHz到10.6GHz的超寬帶傳輸特性（VSWR<2），且分別于3.4～3.7GHz（WLAN頻段）、5.4～6.0GHz（WiMAX頻段）兩個窄帶頻段形成阻帶，有效降低了與該兩頻段間的干擾。
【IPC分類】H01Q1-38, H01Q1-48
【公開號】CN104681961
【申請?zhí)枴緾N201310636443
【發(fā)明人】劉雷, 李琦, 王姣
【申請人】哈爾濱飛羽科技有限公司
【公開日】2015年6月3日
【申請日】2013年11月27日