本发明属于微波天线技术领域，具体涉及一种具有波浪边缘的Klopfenstein渐变线轮廓民用超宽带天线，主要应用方向为3.1GHz～10.6GHz民用超宽带通信频率范围。
背景技术：
近年来，民用通信系统越发要求高质量的传输语音、文字、图像和多媒体信息，因此可利用的频谱资源日趋紧张，原有的射频频谱变得非常拥挤，急需一种新技术为无线通信开辟一片新天地，超宽带(UWB，Ultra-Wideband)技术具有解决这一问题的潜力。
作为超宽带系统的一部分，超宽带天线在系统中所担当的角色有其特殊性，其性能在很大程度上制约着整个系统的性能。传统的超宽带天线，如对数周期天线、阿基米德螺旋天线、等角螺旋天线等，馈电网络设计复杂，相位中心不固定，传输时域短脉冲信号时有较严重的失真。近年来提出的超宽带天线主要以双锥天线的各种演变形式为主，这包括蝶形天线、泪滴天线、渐变槽缝天线、圆片单极天线等及其变形形式，其中由W.Stohr所提出的圆片单极天线除了具有很宽的阻抗带宽之外，还具有稳定的相位中心。这种圆片单级天线虽然能够在很宽的阻抗带宽上能提供令人满意的辐射性能，但是它也存在以下技术问题，因而限制了其在某些特殊场合的应用。
1)圆片单极天线虽然阻抗带宽较宽，但在带宽范围内反射损耗起伏较大，各个频点一致性较差，一定程度上会影响整个超宽带系统的稳定性；
2)圆片单极天线及其变形形式如印刷圆片天线等阻抗带宽的高频端几乎都在20GHz以上，而美国联邦通信委员会(FCC，Federal Communications Commission)规定民用超宽带通信的频段为3.1GHz～10.6GHz，如果限制天线的工作频率仅在此范围，上述天线形式会由于过高的高频带宽而受到干扰。
考虑到上述情况，有必要为民用超宽带的应用开发一种全频带一致性较好的、具有高频陷波特性的超宽带天线，提供比现有的超宽带天线设计更理想的电磁特性和结构特性。
金骏等人(金骏,钟顺时.利用短路片结构的小型超宽带单极天线[J].微波学报,2008,24(2):31-33.)在利用短路片结构的小型超宽带单极天线一文中介绍了一种利用短路片结构的小型超宽带(UWB)平面单极天线，虽然实现了天线的超宽带特性，但是带宽范围内反射损耗起伏较大达15dB左右，各个频点一致性较差，一定程度上会影响整个超宽带系统的稳定性。
技术实现要素：
本发明需要解决的技术问题是：克服现有技术的不足和缺陷，提供一种具有波浪边缘的Klopfenstein渐变线轮廓民用超宽带天线，使其解决常用圆片单极天线及其变形形式全频带反射损耗一致性差、阻抗带宽的高频端过高容易受到干扰等问题，天线结构可靠，具有全频带一致性好、高频陷波等优点。本发明天线由于馈电端采用了Klopfenstein渐变线结构，使得天线各个频点一致性较好，从而整个提高超宽带系统的性能稳定性；该天线顶部边缘采用圆形轮廓波浪结构，使得天线具有高频陷波特性，满足通信的频段为3.1GHz～10.6GHz民用超宽带需求而不受其他频带干扰；该天线用于发射和接收垂直极化电磁波，其结构简单，整个天线辐射体及地板仅由金属黄铜和铝构成，加工制作容易且成本低；该天线可直接用50Ω同轴线馈电而不用加匹配网络，匹配更容易；该天线结构稳定，采用内芯开缝隙的同轴连接器，焊接天线辐射体后采用硅胶固定，结构稳定；该天线辐射场在全频带水平面360度范围内分布均匀，可以实现良好的全向特性。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种具有波浪边缘的Klopfenstein渐变线轮廓民用超宽带天线，包括天线辐射本体、地板及用于插入天线辐射本体的SMA同轴馈电连接器，其特征在于：所述天线辐射本体的中上部为圆形轮廓波浪边缘，天线辐射本体的下部为Klopfenstein渐变线轮廓，圆形轮廓波浪边缘的末端与Klopfenstein渐变线轮廓的末端相接，天线辐射本体加工为一个金属整体；
所述SMA同轴馈电连接器包括同轴外导体、同轴介质、同轴内芯及同轴法兰；所述地板中间开有与SMA同轴馈电连接器的同轴介质外径一致的通孔，使得SMA同轴馈电连接器的同轴内芯能插入地板且不与地板短路；伸出地板的同轴内芯上端开有与天线辐射本体厚度相匹配的缝隙；天线辐射本体下部插入同轴内芯的缝隙中，在天线辐射本体底端馈电处焊接并固定在一起；
所述圆形轮廓波浪边缘整体为圆形，在圆形轮廓边缘设有若干个半圆形缺口，若干个半圆形缺口以同轴内芯与圆形轮廓波浪边缘的圆心所在直线为轴左右对称布置，所述半圆形缺口的直径为圆形轮廓直径的1/6。
本发明和现有技术相对照，其效果是积极和明显的：
1)本发明天线在天线辐射本体下部，即馈电端采用Klopfenstein渐变线轮廓，使得天线各个工作频点一致性较好，提高整个超宽带系统的性能稳定性；
2)本发明天线在圆片边缘采用波浪结构，使得天线具有高频陷波特性，满足通信的频段为3.1GHz～10.6GHz民用超宽带需求而不受其他频带干扰；本发明天线的反射损耗起伏在2dB左右，而现有的圆片单极天线反射损耗起伏一般在10dB左右。
3)本发明天线采用的同轴连接器内芯中间开有缝隙，使得天线片状辐射体可以插入，二者焊接后采用硅胶固定，结构更加稳定；
4)该天线辐射场在全频带水平面360度范围内分布均匀，可以实现良好的全向特性；
5)本发明天线地板形状可圆可方，尺寸形状可根据实际应用需求适当调整，整体天线结构及应用场合灵活。
附图说明
图1是本发明天线的正视结构示意图。
图2是本发明天线的俯视结构示意图。
图3是本发明天线与常用圆片单极天线反射损耗对比图。
图4是本发明天线水平面方向图。
图中：1.天线辐射本体，11.圆形轮廓波浪边缘，12.Klopfenstein渐变线边缘，2.地板，3.SMA同轴馈电连接器，31.同轴外导体，32.同轴介质，33.同轴内芯，34.同轴法兰。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细说明。
本发明具有波浪边缘的Klopfenstein渐变线轮廓民用超宽带天线(简称天线，参见图1-2)包括天线辐射本体1、地板2及用于插入天线辐射本体1的SMA同轴馈电连接器3，天线辐射本体1的中上部为圆形轮廓波浪边缘11，天线辐射本体1的下部为Klopfenstein渐变线轮廓12，圆形轮廓波浪边缘11的末端与Klopfenstein渐变线轮廓12的末端相接，天线辐射本体1加工为一个金属整体，此处所述的金属是指黄铜；
所述圆形轮廓波浪边缘为整体为圆形，在圆形轮廓边缘设有若干个半圆形缺口，若干个半圆形缺口呈左右对称的形式布置，所述半圆形缺口的直径为圆形轮廓直径的1/6，
所述SMA同轴馈电连接器3为市售产品，可选用西安艾力特电子实业有限公司的SMA-KFD2连接器，包括同轴外导体31、同轴介质32、同轴内芯33及同轴法兰34；所述地板2中间开有与SMA同轴馈电连接器3的同轴介质32外径一致的通孔，使得SMA同轴馈电连接器3的同轴内芯33能插入地板且不与地板短路，所述地板为圆形金属地板，此处所述的金属是指铝；伸出地板的同轴内芯33上端开有厚度为0.6mm的缝隙，该缝隙的厚度与天线辐射本体的厚度相匹配；天线安装时，天线辐射本体1下部插入同轴内芯33的缝隙中，在天线辐射本体1底端馈电处焊接，之后用硅胶固定，以增强其机械强度；天线圆形地板2开有4个φ3.2mm的通孔，SMA同轴馈电连接器3的同轴外导体31及同轴法兰34通过四个M3的标准不锈钢螺钉与地板2相连接，从而使得整个天线成为一个整体。
本发明的进一步特征在于所述地板为圆形金属地板或方形金属地板。
本发明的基本思路为：提供一种具有波浪边缘的Klopfenstein渐变线轮廓民用超宽带天线，天线在辐射体下部采用Klopfenstein渐变线轮廓，信号的反射是由于阻抗的不连续性造成的，设计连续渐变Klopfenstein渐变线轮廓更好的实现了阻抗转换，得到较小的信号反射，因此天线各个工作频点一致性较好，提高了整个超宽带系统的性能稳定性；圆片单极天线阻抗带宽的高频端在30GHz以上，FCC规定民用超宽带通信的频段为3.1GHz～10.6GHz，在天线辐射体中上部圆片轮廓边缘采用波浪结构，使得天线具有高频陷波特性，可以满足民用超宽带需求而不受其他频带干扰。通过调节天线辐射本体中上部圆形轮廓半径尺寸、边缘波浪大小、天线辐射本体下部Klopfenstein渐变线参数、馈电间距(天线辐射本体下部Klopfenstein渐变线边缘与圆形地板之间的距离0.8mm)等尺寸，可以使天线工作在预定的3.1GHz～10.6GHz频段，全频带反射损耗一致性较好，并形成所需要的水平面全向辐射的方向图等特性。
在本发明中，天线辐射本体1是起辐射作用的最主要部件，用于向空间辐射电磁波，当发射信号时，SMA同轴馈电连接器3通过连接的同轴电缆输入外接发射机的发射信号，同轴接头输出的能量激起天线辐射本体1上的表面电流，从而产生辐射；由于天线辐射本体1下部采用Klopfenstein渐变线轮廓12，更好地实现了阻抗转换，天线各个工作频点一致性较好，提高了整个超宽带系统的性能稳定性；由于本发明天线在天线辐射本体1中上部边缘为圆形轮廓波浪边缘11，使得天线具有高频陷波特性，满足通信的频段为3.1GHz～10.6GHz民用超宽带需求而不受其他频带干扰；由于本发明天线采用同轴内芯中间开缝隙的SMA同轴连接器3，焊接天线辐射体1后采用硅胶固定，结构更稳定；由于采用了超宽带天线单极子的基本形式，天线辐射场在全频带水平面360度范围内分布均匀，可以实现良好的全向特性；此外，本发明天线地板2形状可圆可方且尺寸可根据实际应用需求适当调整，整体天线结构及应用场合灵活。
实施例1
本实施例具有波浪边缘的Klopfenstein渐变线轮廓民用超宽带天线由天线辐射本体、地板及用于插入天线辐射本体的SMA同轴馈电连接器构成；所述天线辐射本体1的中上部为圆形轮廓波浪边缘11，天线辐射本体1的下部为Klopfenstein渐变线轮廓12，圆形轮廓波浪边缘11的末端与Klopfenstein渐变线轮廓12的末端相接，天线辐射本体1的整个结构一体化加工，选取材料为黄铜，厚度0.5mm；本实施例选取圆形地板，为减轻天线重量，选取材料为铝；天线采用SMA型同轴连接器连接馈电，连接器选用西安艾力特电子实业有限公司的SMA-KFD2连接器，伸出地板的同轴内芯中间开了厚度为0.6mm的缝隙；天线辐射本体下边缘插入SMA型同轴连接器的同轴内芯的缝隙中，在底端馈电处焊接，之后用硅胶固定，以增强其机械强度；同轴外导体及同轴法兰与地板相连接；同轴接头输出的能量从馈电端馈入，进而激起天线辐射体表面电流，从而产生辐射。
本实施例中圆形轮廓波浪边缘的直径为21mm，在圆形轮廓边缘设有四个半圆形缺口，四个半圆形缺口以同轴内芯与圆形轮廓波浪边缘的圆心所在直线为轴呈左右对称布置，半圆形缺口的直径为圆形轮廓直径的1/6；相邻两个半圆形缺口的最低点之间的夹角为60°，Klopfenstein渐变线轮廓在天线辐射本体的正下部，占圆形轮廓中心角120°，Klopfenstein渐变线轮廓最低点与圆形地板之间的距离为0.8mm。
图3是本实施例天线与常用圆片单极天线反射损耗对比图。反射损耗是天线的一个重要性能参数，它反映了被测天线的阻抗特性，也决定了天线的阻抗带宽。参见图3所示，常用圆片单极天线在3～30GHz的超宽频率范围内，天线的反射损耗小于-10dB，且反射损耗在频带内起伏较大，本实施例天线在3～12GHz的频率范围内，天线的反射损耗小于-10dB，且在频带内较为稳定。本实施例天线抑制了常用圆片单极天线高频特性，使得天线基本工作在美国联邦通信委员会FCC规定的民用超宽带通信频段3.1GHz～10.6GHz范围内，且在该频带内反射损耗较为稳定，有效控制了高频段对通信系统可能产生的干扰，并提高了整个超宽带系统的稳定性。
图4是本实施例天线水平面方向图。方向图是表征天线辐射特性与空间角度关系及辐射能量大小的图形。参见图4所示，3.1GHz、6.85GHz、10.6GHz水平面方向图显示，天线辐射场在全频带3.1GHz～10.6GHz水平面360度范围内分布比较均匀，不圆度小于4.5dB，可以实现良好的全向特性，满足民用超宽带通信需求。
本发明未详细说明部分属于本领域公知技术。