具有三带阻特性的超宽带单极子天线的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及天线技术领域，更具体的说，是涉及一种具有多带阻特性的超宽带单极子天线。
【背景技术】
[0002]在过去的几十年中，无线通信发展迅速，前景广阔，受到了广泛关注。其中，超宽带技术及其通信系统由于其在无线通信中的重要性，及其具有如高数据率、低损耗、经济实用、低复杂性等其他窄带通信系统无可比拟的优势，一直是通信领域研宄的重要课题。但是，随着无线通信的快速发展和各种应用的出现，频带资源的紧张、频带利用率低、工作带宽窄、不同设备或天线的工作频带发生重叠等问题也同样不能忽视，这都影响到天线的可靠性和无线通信系统的实用性。
[0003]2002年，美国联邦通信委员会(FCC)发布了新的宽带通信系统规范，目的是缓解频带资源的紧张以及应对高速通信的需求，将3.1-10.6GHz频段分配给民用超宽带通信使用，宽带及超宽带技术将广泛用于工业、医学、民用生活等领域。在宽带及超宽带系统中，天线的小型化、低成本、制作简单化、易于集成等特点将作为评价天线实用性和性价比的标准。相应的，所设计的可穿戴天线也要努力满足宽带通信的需求。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种具有三带阻特性的超宽带单极子天线，该天线在3.3-4.29GHz及5.15-6.0GHz两个频段产生带阻特性，其能有效地抑制WiMAX无线通信(有效工作频段为3.3-3.7GHz)、C波段卫星通信(下行频段为3.7-4.2GHz)和WLAN(5.15-5.825GHz)无线应用等这三个窄带系统对超宽带系统产生的干扰。该天线尺寸小、结构简单、易于制作，适于无线通信系统及设备，是近年来电磁领域、可穿戴设备领域研宄的研宄热点，有极大的发展前景。
[0005]本发明的目的是通过以下技术方案实现的:
[0006]具有三带阻特性的超宽带单极子天线，包括接地板、介质基板、馈电网络和辐射贴片，其特征在于，所述接地板开设有矩形槽，接地板设于介质基板一侧，介质基板另一侧设有相互连接的馈电网络和辐射贴片，所述辐射贴片上刻蚀有倒I形槽、倒U形槽和十字形槽；所述馈电网络由微带线构成。
[0007]所述倒I形槽、倒U形槽和十字形槽的槽宽分别为0.5mm, 1mm，1mm。
[0008]所述介质基板由环氧树脂材料制成。
[0009]所述介质基板的相对介电常数为4.4，其介电损耗正切值为0.02。
[0010]所述介质基板的厚度为1.6mm。
[0011]所述介质基板的长和宽分别为20mm和25mm。
[0012]与现有技术相比，本发明的技术方案所带来的有益效果是:
[0013]1.本发明天线的辐射贴片上刻蚀有倒I形槽、倒U形槽和十字形槽，这三个槽的形状结构可以极大的改变贴片上电流的分布特性，不仅可以提高高频，在中频产生相互影响的互补作用，即调谐中频，还可以在低频附近产生所需要的陷波特性，该天线的频带利用率较高，能完全覆盖3.1-10.6GHz的超宽带范围。此外，还可以通过调节开槽的长度、宽度及这三个开槽间的距离，对所要抑制的频段进行调节。
[0014]2.本发明天线经过仿真分析，得到该天线带宽为3.1-10.81GHz，在3.3-4.29GHz及5.15-6.0GHz频段产生带陷特性，除了这两个频段，天线在有效带宽内回波损耗小于-1OdB,电压驻波比VSWR<2ο在3.3-4.29GHz频段产生的带陷特性，能很好的抑制WiMAX (有效工作频段为3.3-3.7GHz)及C波段卫星通信(有效工作频段为3.7-4.2GHz)这两个窄带系统对超宽带系统产生的干扰；在5.15-6.0GHz频段产生的带陷特性，能很好的抑制WLAN(有效工作频段为5.15-5.825GHz)无线应用等窄带系统对超宽带系统产生的干扰，从而提高了该天线的实用性。
[0015]3.本发明天线采用微带线作为馈电网络，是基于微带线馈电的典型结构设计得到一种新颖的、小型化的超宽带天线；并且具有良好的辐射性能，满足了超宽带系统对天线设计的要求。
【附图说明】
[0016]图1是本发明天线的俯视结构示意图。
[0017]图2是本发明天线的侧视结构示意图。
[0018]图3是本发明具体实施例的结构尺寸示意图。
[0019]图4是本发明天线中辐射贴片在不同开槽状态下的回波损耗仿真结果。
[0020]图5是本发明天线其接地板有、无矩形开槽时的回波损耗对比图。
[0021]图6a、图6b、图6c和图6d为本发明天线分别在3.2GHz、6.2GHz、8.2GHz和10.2GHz四个频率处的辐射方向图。
[0022]附图标记:1-接地板2-介质基板3-馈电网络4-辐射贴片5-倒I形槽6_倒U形槽7-十字形槽8-矩形槽
【具体实施方式】
[0023]下面结合附图对本发明作进一步的描述。
[0024]如图1和图2所示:一种具有三阻带特性的超宽带单极子天线，包括接地板1、介质基板2、馈电网络3和辐射贴片4，接地板I是与介质基板2等宽度的窄矩形结构，且接地板I上开设有矩形槽8，介质基板2由常用的FR4(环氧树脂)板材料做成，其相对介电常数为4.4，损耗正切值为0.02，本实施例中的天线是通过蚀刻方法制作在长、宽、高分别为20mm、25mm和1.6mm的介质基板2上，其中接地板I印制于介质基板2的一侧，介质基板2的另一侧印制有馈电网络3和辐射贴片4，馈电网络3由微带线构成，馈电网络3和辐射贴片4相互连接，辐射贴片4上刻蚀有倒I形槽5、倒U形槽6和十字形槽7。本发明天线采用侧馈方式，输入阻抗为50欧姆。
[0025]如图3所示:该图表示的是本发明天线经过优化设计后的具体尺寸参数，单位均为毫米，其中倒I形槽、倒U形槽和十字形槽的槽宽分别为0.5mm、1mm、1mm，介质基板2的厚度为1.6mm。
[0026]如图4所示:
[0027](I)只有十字形和倒I形槽时，天线的带宽为3.3-10.6GHz，在3.6-4.8GHz及6.6-7.4GHz两个频段有陷波特性，不能得到理想的阻带，牺牲了 6.6-7.4GHz的可用频带，且最低频率为3.3GHz,达不到超宽带要求的3.1GHzο
[0028](2)只有十字形和倒U形槽时，天线的带宽为3.7-10.82GHz,在4.6-5.75 GHz及6.2-7.7GHz两个频段有陷波特性，不能屏蔽WiMAX及C波段窄带信号的干扰，造成6.2-7.7GHz频段不可用，且不能覆盖3.1-10.6GHz的超宽带要求范围。
[0029](3)只有倒U形和倒I形槽时，天线的带宽为3.15-10.15GHz,在3.3-4.4GHz及5.0-7.5GHz两个频段有陷波特性，在期望的频段内有陷波特性，但频带利用率低，牺牲了部分频段资源，且不能覆盖3.1-10.6GHz的超宽带范围。
[0030](4)同时带有十字形、倒U形及倒I形开槽时，天线的带宽为3.1-10.81GHz，在3.3-4.29GHz及5.15-6.0GHz频段有陷波特性，同时包含了所要抑制的3.3-3.7GHz、3.7-4.2GHz和5.15-5.825GHz三个频段。符合设计目的及要求，频带利用率较高，能完全覆盖3.1-10.6GHz的超宽带范围。可见，当天线同时具有以上三个相距较近的不同形状及宽度的开槽时，该三个开槽的结构可以极大的改变贴片上电流的分布特性，不仅可以提高高频，在中频产生相互影响的互补作用，即调谐中频，还可以在低频附近产生所需要的陷波特性；开槽的位置、槽间距等对天线频带产生影响，当不同槽形相结合时，会使天线阻带发生偏移，原因是开槽结构能使贴片上电流分布不均匀、不规则，且不同开槽产生的效果相互耦合、相互影响。另外，可以通过调节开槽的长度、宽度及开槽的间距，对所要抑制的频段进行调节。
[0031]经过仿真分析，可知本发明天线的带宽为3.1-10.81GHz，在3.3-4.29GHz及5.15-6.0GHz频段产生带陷特性，除了这两个频段，天线在有效带宽内回波损耗小于-1OdB,电压驻波比VSWR<2ο在3.3-4.29GHz频段产生的带陷特性，能很好的抑制WiMAX (有效工作频段为3.3-3.7GHz)及C波段卫星通信(有效工作频段为3.7-4.2GHz)这两个窄带系统对超宽带系统产生的干扰；在5.15-6.0GHz频段产生的带陷特性，能很好的抑制WLAN(5.15-5.825GHz)无线应用等窄带系统对超宽带系统产生的干扰，从而提高了该天线的实用性。
[0032]由图4还可以看出，在除了带陷频段的有效带宽内，本发明天线的回波损耗均在-1OdB以下，在4.7,8.3、10.3GHz频点处甚至达到了 -18,-21.5,-27.5dB,达到了良好的阻抗匹配。
[0033]由图5可以看出:当本发明天线的接地板I无矩形槽8时，天线低频处谐振度较好，阻抗匹配良好，但高频部分性能恶化，且此时天线的阻带相比理想的阻带发生了偏移；当天线的接地板有矩形槽8时，得到了理想的阻带。可见，可通过接地板的矩形开槽来调谐天线，能适宜地降低低频、提高高频，克服理想阻带的偏移，使其达到良好的阻抗匹配。
[0034]由图6a至图6d可知，天线在E面和H面的辐射方向图分别呈近似倒“8”字形及接近全向辐射的特性；其中E面是指与电场方向平行的方向图切面面是指与磁场方向平行的方向图切面。
【主权项】
1.具有三带阻特性的超宽带单极子天线，包括接地板、介质基板、馈电网络和辐射贴片，其特征在于，所述接地板开设有矩形槽，接地板设于介质基板一侧，介质基板另一侧设有相互连接的馈电网络和辐射贴片，所述辐射贴片上刻蚀有倒I形槽、倒U形槽和十字形槽；所述馈电网络由微带线构成。2.根据权利要求1所述的具有三带阻特性的超宽带单极子天线，其特征在于，所述倒I形槽、倒U形槽和十字形槽的槽宽分别为0.5mm, 1mm，Imm03.根据权利要求1所述的具有三带阻特性的超宽带单极子天线，其特征在于，所述介质基板由环氧树脂材料制成。4.根据权利要求1或3所述的具有三带阻特性的超宽带单极子天线，其特征在于，所述介质基板的相对介电常数为4.4，其介电损耗正切值为0.02。5.根据权利要求1或3所述的具有三带阻特性的超宽带单极子天线，其特征在于，所述介质基板的厚度为1.6mm。6.根据权利要求1或3所述的具有三带阻特性的超宽带单极子天线，其特征在于，所述介质基板的长和宽分别为20mm和25mm。
【专利摘要】本发明公开了一种具有三带阻特性的超宽带单极子天线，包括接地板、介质基板、馈电网络和辐射贴片，其特征在于，所述接地板开设有矩形槽，接地板设于介质基板一侧，介质基板另一侧设有相互连接的馈电网络和辐射贴片，所述辐射贴片上刻蚀有倒I形槽、倒U形槽和十字形槽；所述馈电网络由微带线构成。本发明该天线在3.3-4.29GHz及5.15-6.0GHz两个频段产生带阻特性，其能有效地抑制WiMAX无线通信(有效工作频段为3.3-3.7GHz)、C波段卫星通信(下行频段为3.7-4.2GHz)和WLAN(5.15-5.825GHz)无线应用等这三个窄带系统对超宽带系统产生的干扰，该天线尺寸小、结构简单、易于制作，适于无线通信系统及设备。
【IPC分类】H01Q1/50, H01Q1/38, H01Q1/52
【公开号】CN104916907
【申请号】CN201510239983
【发明人】金杰, 张强, 刘青爽, 李茜
【申请人】天津大学
【公开日】2015年9月16日
【申请日】2015年5月12日