小型双陷波超宽带天线的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于天线技术领域，具体涉及一种小型双陷波超宽带天线，应用于超宽带 无线通信领域。
【背景技术】
[0002] 超宽带（Ultra-WideBand，UWB)技术是在20世纪90年代以后发展起来的一种具 有巨大发展潜力的新型无线通信技术，它实现了短距离内超宽带、高速的数据传输。UWB技 术可以应用于智能交通系统、无线传感网、射频标识、成像应用等诸多领域。在美国联邦通 信委员会（FederalCommunicationsCommission,FCC)将超宽带应用于商业领域后，工作 频率为3. 1GHz~10. 6GHz的通信系统得到了大力的发展。同时，由于现代的消费电子类产 品，特别是便携式的无线通信产品，都具有很小的体积和很高的集成度，超宽带天线的小型 化设计也成为国内外研究的热点之一。
[0003] 超宽带系统的通信频段覆盖了 3. 3GHz~3. 7GHz的802. 16无线城域网（WiMAX) 和5. 15GHz~5. 35GHz和5. 725~5. 825GHz的无线局域网（WLAN)等窄带系统频段。由于 这些窄带通信系统的存在会对超宽带天线的工作产生一定的干扰，为了减少这些干扰，需 要对这些窄带系统的信号进行滤波处理，从而出现了陷波超宽带天线这一天线类型。目前 现有的陷波超宽带天线的类型根据陷波频段的不同，主要分为三种类型，分别为单陷波、双 陷波和多陷波超宽带天线。通常双陷波超宽带天线主要是在WiMAX频段和WLAN频段实现 良好的滤波效果。
[0004] 为了抑制上述频段的干扰，通常需要在超宽带系统内加入带阻滤波器过滤这些窄 频带，这不仅增加了系统的复杂性，也增加了成本。通常我们可以在超宽带天线中引入陷波 结构，使得那些窄带系统的频段内有较大的反射系数，从而达到滤波的目的。目前的陷波结 构主要有三种类型，（1)在辐射贴片或地板上刻蚀不同形状的缝隙；（2)在天线结构中引入 寄生枝节；（3)在福射贴片上加载SIR的带阻滤波器；其中在天线结构中引入寄生枝节和在 辐射贴片上加载SIR的带阻滤波器因为其结构复杂较少采用，目前最常用的是在辐射贴片 或地板上刻蚀不同形状的缝隙的结构类型。
[0005] 例如DesignofaBand-NotchedUWBMonopoleAntennabyMeansofan EBGStructure，MohammadYazdiandNaderKomjani，IEEEANTENNASANDWIRELESS PROPAGATIONLETTERS,VOL. 10,2011中提出了一种具有单陷波的超宽带天线，该天线的辐 射单元为一微带馈电的圆形单极子，通过在馈线两侧加载两个普通蘑燕型EBG结构形成 了 5. 15GHz~5. 95GHz频段的陷波，天线的整体尺寸为39mmX35mmXl· 8mm，这是由于该 天线使用了矩形蘑菇形EBG结构，致使天线体积较大。又如《电视技术》2015年第5期页 码57-60，"具有双带阻特性的超宽带缝隙天线"文章中，韩曹政、唐晋生提出了一款具有双 陷波特性的超宽带缝隙天线，天线的辐射单元为一微带馈电的圆形贴片，在地板上开有半 圆和多边形组合而成的宽缝，在馈电点下方的地板上挖一个三角形缺口，形成渐变结构，天 线频段范围覆盖3. 1GHz~10. 6GHz，天线整体尺寸为30mmX30mmX1. 6mm，通过在该天线 的地板和馈线上分别蚀刻L形和折叠倒U形缝隙，从而形成WiMAX(3. 2GHz~3. 7GHz)和WLAN(5.OGHz~5. 9GHz)两个陷波波段。但其刻蚀缝隙所产生的陷波频段内的电压驻波 比较小且体积较大。再如中国专利申请，申请公布号CN104681964A，专利名称为"一种新 型的三陷波超宽带天线"的中国专利，就提出了一种三个陷波特性的超宽带天线，该天线 的辐射单元为一微带馈电的圆形单极子，由此单极子产生超宽带特性，天线频段范围覆盖 3. 1GHz~10. 6GHz，将三个尺寸不同的L形槽EBG单元分别加载于50欧姆馈线两侧耦合， 从而形成WiMAX(3. 3GHz~3. 6GHz)和WLAN(5. 15GHz~5. 35GHz和 5. 725GHz~5. 825GHz) 三个陷波波段，该天线的整体物理尺寸为42. 9mmX34mmX1. 6mm，天线体积较大。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的在于克服上述现有技术存在的缺陷，提出了一种小型双陷波超宽带 天线，在满足天线在WiMAX频段和WLAN频段良好的陷波效果前提下，有效的减小天线的尺 寸。
[0007] 为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
[0008] -种小型双陷波超宽带天线，包括介质基板1、印制在该介质基板1上表面的辐射 贴片2和下表面的地板3 ;所述辐射贴片2采用阶跃结构，位于介质基板1上表面下部的纵 向轴线上；在该辐射贴片2的两侧对称设置有蘑菇型EBG结构4 ;所述地板3的中间位置设 置有宽缝隙，用于改善阻抗匹配特性；在该地板3的上部两侧对称蚀刻有四臂螺旋缝隙31 ; 所述蘑菇型EBG结构4上蚀刻有曲流弯折缝隙，用于实现小型化；该蘑菇型EBG结构4与地 板3通过金属化过孔5连接。
[0009] 上述小型双陷波超宽带天线，辐射贴片2和地板3通过SMA接头相连。
[0010] 上述小型双陷波超宽带天线，辐射贴片2由矩形贴片21和微带馈线22组成，其中 矩形贴片21的上边沿中间位置蚀刻有凹槽，在其下部两个角的位置设置有切角。
[0011] 上述小型双陷波超宽带天线，蘑菇型EBG结构4采用蚀刻有四个曲流弯折缝隙的 正方形结构，该四个曲流弯折缝隙围绕蘑菇型EBG结构4的中心旋转90°排布；在该蘑菇 型EBG结构4的中心位置蚀刻有连接孔。
[0012] 上述小型双陷波超宽带天线，蘑菇型EBG结构4的正方形的边长尺寸和两个蘑菇 型EBG结构4之间的间隙尺寸由以下公式确定：
[0016] 其中，h是介质基板1的高度，ε1^是介质基板1的相对介电常数；W和g分别是蘑 菇型EBG结构4边长和两个蘑菇型EBG结构4之间的间隙，L是电感值，C是电容值，ω陷& 是需要陷波的频率。
[0017] 上述小型双陷波超宽带天线，四臂螺旋缝隙31的单臂缝隙展开长度由以下公式 确定：
[0018]
[0020] 其中，erff是等效介电常数，c是光速，ε1^是介质基板1的相对介电常数，是四 臂螺旋缝隙31的单臂缝隙展开长度，是需要陷波的频率。
[0021] 上述小型双陷波超宽带天线，金属化过孔5的上端与蘑菇型EBG结构4的连接孔 相连。
[0022] 本发明与现有技术相比，具有如下优点：
[0023] (1)本发明的蘑菇形EBG由于采用蚀刻有四个曲流弯折缝隙的正方形结构，该四 个曲流弯折缝隙围绕蘑菇型EBG结构的中心旋转90°排布，金属化过孔的上端与蘑菇型 EBG结构的连接孔相连，其下端与地板连接，实现了在WLAN频段上的陷波特性，与现有陷波 超宽带天线采用加载矩形蘑菇形EBG结构或在矩形蘑菇型EBG结构上蚀刻L形槽实现陷波 特性相比，缩小了天线的体积。
[0024] (2)本发明由于在地板的上部两侧对称蚀刻有四臂螺旋缝隙，实现了在WiMAX频 段上的陷波特性，在辐射贴片的两侧对称设置有蘑菇型EBG结构，实现了在WLAN频段上的 陷波特性，与现有通过引入带阻滤波器过滤陷波频段实现陷波特性的结构相比，降低了系 统的复杂性和成本。
[0025] (3)本发明由于采用通过在地板上方两侧设置四臂螺旋缝隙实现在WiMAX频段 上的陷波特性，与现有技术采用的通过在地板上或辐射贴片上蚀刻不同形状缝隙的结构相 比，在该频段有着更加良好的陷波效果。
[0026] (4)本发明由于在地板中间位置设置有宽缝隙，同时辐射贴片由于采用由矩形贴 片和微带馈线组成阶跃结构，且在矩形贴片的上部中间位置蚀刻有凹槽，在其下部两个角 的位置设置有切角，保证了天线在较宽的频率范围内均能保持良好的阻抗匹配效果和全向 辐射特性，且有稳定的峰值增益。
【附图说明】
[0027] 图1是本发明实施例的整体结构示意图；
[0028] 图2是本发明实施例的俯视图；
[0029] 图3是本发明的仰视图；
[0030] 图4是本发明四臂螺旋缝隙的单臂缝隙展开长度示意图；
[0031] 图5是本发明蘑菇型EBG结构的示意图；
[0032] 图6是本发明实施例的电压驻波比曲线图；
[0033] 图7是本发明实施例峰值增益-频率曲线图；
[0034] 图8是本发明实施例在不同频点的辐射方向图。
【具体实施方式】
[0035] 为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，以下结合具体实施例对本发明 作进一步解释，应该理解此处描述的具体实施例仅用于对本发明的解释，不视为对本发明 的限制。
[0036] 参见图1，本发明包括介质基板1、辐射贴片2、地板3、蘑菇型EBG结构4和 金属化过孔5,其中介质基板1采用介电常数为4. 4的FR4矩形板材，其具体尺寸为 23. 8mmX22mmX1. 6mm;福射贴片2印制在介质基板1上表面下部的纵向轴线上，用于实现 对称的辐射方向图以及与地板3通过SMA接头进行可靠的连接，该辐射贴片2采用由矩形 贴片21和微带馈线22组成的阶跃结构，用于改善天线的阻