专利名称：一种小型化平面超宽带天线的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种超宽带天线。
背景技术：
由于超宽带(Ultra Wide Band, UffB)技术具有I、抗干扰性能强；2、传输速率高，3、带宽极宽；4、频谱利用率高，系统容量大；5、发射功率低；6、保密性好等一系列优点， 它在高速、近距离无线个人通信领域具有其它无线通信技术不可比拟的优势。因此，目前世界各国对UWB技术理论研究与应用开发投入远大于现有的近距离主流通信技术(蓝牙技术)。随着超宽带(UWB)技术的日渐成熟，专家预言，在不久的将来，UffB将是数字家庭无线组网和其他在小范围内实现短距离视频、音频和宽带数据流高速传输、无线替代有线连接的首选技术。天线是无线通信系统中的重要组成部分，其性能直接影响无线通信系统性能的优劣。作为超宽带通信技术的关键技术之一，UWB天线也成为近年来天线领域研究的热点。超宽带天线，顾名思义就是带宽非常宽的天线，这种说法其实是在频域的对天线带宽的定义， 是就某个参数而言，天线的性能符合规定标准的频率范围。在此范围内天线的特性如输入阻抗、效率、波瓣指向、波瓣宽度、方向系数、增益、极化等在允许的范围内。其实这是传统的窄带天线性能分析方法。因为窄带天线要发送的信号基本都是己经调制过的正弦波信号， 所以在设计天线时对带宽并没有要求非常苛刻(极宽的带宽)。只要针对某个载波频率设计就可以了，在这个载波频率附近天线的性能满足要求，变化不大。但是，在UWB应用领域， 要发送的信号不再是正弦波调制信号，而是几百皮秒或者纳秒级的窄脉冲信号，按常规方法设计的宽带天线就不能满足要求了。传统意义上的宽带天线大都是非频变天线，是指天线可以根据无线系统需要工作在不同频段，而并不是指天线地各个部分同时在整个宽频段内工作。例如TEM喇叭天线、对数周期偶极子天线和自相似螺旋天线都是典型的宽带天线， 虽然可以工作在宽频带内的多个频率上，但是由于其相位中心和VSWR是随频率变化的，导致了信号时域上的色散，因而不适合于发射和接收UWB信号。因此，对于UWB天线来说，固定的相位中心和低驻波电压比是非常重要的两个电指标，它们决定着UWB天线的性能。随着高速集成电路的快速发展、电子设备向多功能一体化、小型集成化、模块化、 智能化方向不断迈进，传统的超宽带天线由于其复杂的结构和庞大的体积已经无法与现代化的高集成系统相结合。
实用新型内容本实用新型的目的是为了提供一种体积小、结构简单、成本低的小型化平面超宽带天线。本实用新型为实现上述目的采用的技术方案是一种小型化平面超宽带天线，包括介质基板，介质基板的一面设置有由一条特征阻抗为50欧姆的微带线和直接连接于微带线一端的环形贴片构成的馈电结构，介质基板的另一面刻蚀形成六边形缝隙，六边形缝隙周缘的金属层构成微带线的地板。其中所述介质基板为方形,介质基板最短边的长度小于或等于15_。其中所述环形贴片为圆环形。其中所述设置在介质基板一面的环形贴片所在位置与设置在介质基板另一面的六边形缝隙所在位置相对应。其中所述六边形缝隙为六条边均封闭的六边形缝隙。 其中所述六边形缝隙为五条边封闭、一条边半封闭的六边形缝隙。其中所述微带线为直线型。其中所述微带线包括与环形贴片连接的水平段及与水平段连接的竖直段。由于本实用新型小型化平面超宽带天线的介质基板最短边的长度小于或等于 15mm,因此其体积非常小，仅包括设置在介质基板一面由一条特征阻抗为50欧姆的微带线和直接连接于微带线一端的环形贴片构成的馈电结构、设置在介质基板另一面刻蚀形成六边形缝隙，六边形缝隙周缘的金属层构成微带线的地板，整体结构简单，制造成本低，易于推广应用。
以下结合附图和实施例对本实用新型小型化平面超宽带天线作进一步的说明。
[0016]图[0017]图[0018]图[0019]图[0020]图[0021]图[0022]图[0023]图[0024]图[0025]图
I是本实用新型小型化平面超宽带天线的顶层结构示图 2是本实用新型小型化平面超宽带天线的底层结构示图 3是本实用新型小型化平面超宽带天线的侧视结构示图 4是本实用新型小型化平面超宽带天线回波损耗的仿真和实际测量结果5是本实用新型小型化平面超宽带天线在/ = 6 GHz频率点上的仿真方向图 6是本实用新型小型化平面超宽带天线在/ = 9GHz频率点上的仿真方向图； 7是本实用新型小型化平面超宽带天线第二实施例的顶层结构示图 8是本实用新型小型化平面超宽带天线第二实施例的底层结构示图 9是本实用新型小型化平面超宽带天线第三实施例的顶层结构示图 10是本实用新型小型化平面超宽带天线第三实施例的底层结构示图。
具体实施方式
实施例一如图I至图3所示，本实用新型小型化平面超宽带天线(下面简称“天线”)包括介质基板5，介质基板5的一面设置有由一条特征阻抗为50欧姆的微带线2和直接连接于微带线2 —端的环形贴片3构成的馈电结构，介质基板5的另一面刻蚀形成六边形缝隙4，六边形缝隙4为天线的辐射单元，六边形缝隙4周缘的金属层构成微带线2的地板。所述设置在介质基板5 —面的环形贴片3所在位置与设置在介质基板5另一面的六边形缝隙4所在位置相对应，即六边形缝隙4就在环形贴片3的背面。介质基板5是Z XF的长方形普通双面FR4印刷电路板,介质基板5最短边的长度小于或等于15mm,介质基板5的相对介电常数为厚度为J，损耗角正切为tans。所述环形贴片3为圆环形，微带线2 为直线型，微带线2远离环形贴片3的一端为其馈电端1，所述六边形缝隙4为六条边均封闭的六边形缝隙。[0027]下面列举根据本实用新型天线特征设计的一组天线几何参数，如下表I所示。表I :天线设计几何参数(sr = 4. 4, tans=0. 02,尺寸参数的单位为mm)
WLdSDDs2615I. 5I. 56. 7I. 2WpWsWtL1乙2412I. 80. 54. 514. 3图4为按表I所示尺寸加工出来的天线回波损耗-频率特性曲线。由图可见，在 2.7 - 6.8 GHz频率范围内，样本天线的回波损耗RL彡-7 dB，在6. 8-12. 6 GHz频率范围内，样本天线的回波损耗RL彡-10 d，天线在3. I - 10.6 GHz的UWB频率带宽范围内，高频部分的阻抗特性比较理想，低频部分阻抗特性较差，但在工程上可用。图5、图6分别是天线在6GHz和9 GHz两个典型频率点上的仿真方向图，显然，在这些频率点上，天线在H面和E面分别是全向辐射和8字型辐射的，而且天线方向图变化不大。表2是上述尺寸加工出来的天线在最大辐射方向上实测的增益。显然，所设计天线的方向图和增益满足超宽带通信系统对天线电气性能的一般要求。基于UWB技术的无线USB加密狗、无线U盘要求对应的UWB天线最短边尺寸不能大于20毫米，本实用新型小型化平面超宽带天线，其平面尺寸仅为30毫米X 15毫米，能满足基于UWB技术的无线USB加密狗、无线U盘等系统对天线尺寸的要求。表2 :天线增益测量结果
/(GHz)345678910Gain(dBi)0. I0. 42. 34. 353. 63. 73. 63. I实施例二 如图7、图8所示，本实用新型小型化平面超宽带天线与实施例一所述天线的不同之处在于微带线被分为两段，微带线包括与环形贴片连接的水平段6及与水平段连接的竖直段7，六边形缝隙8为五条边封闭、一条边半封闭的六边形缝隙。其在实施过程中也可达到实施例一所述的技术效果，在此不再重复叙述。实施例三如图9、图10所示，本实用新型小型化平面超宽带天线与实施例一所述天线的不同之处在于微带线在与圆环形贴片连接端9设计为加宽型，六边形缝隙10的形状也稍作调整，在实施过程中也可达到实施例一所述的技术效果。以上实施例仅为本实用新型的较佳实施例，本实用新型的结构并不限于上述实施例列举的形式，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
权利要求1.一种小型化平面超宽带天线，包括介质基板，其特征在于，介质基板的一面设置有由一条特征阻抗为50欧姆的微带线和直接连接于微带线一端的环形贴片构成的馈电结构， 介质基板的另一面刻蚀形成六边形缝隙，六边形缝隙周缘的金属层构成微带线的地板。
2.如权利要求I所述的小型化平面超宽带天线，其特征在于，所述介质基板为方形，介质基板最短边的长度小于或等于15_。
3.如权利要求2所述的小型化平面超宽带天线，其特征在于，所述环形贴片为圆环形。
4.如权利要求I所述的小型化平面超宽带天线，其特征在于，所述设置在介质基板一面的环形贴片所在位置与设置在介质基板另一面的六边形缝隙所在位置相对应。
5.如权利要求4所述的小型化平面超宽带天线，其特征在于，所述六边形缝隙为六条边均封闭的六边形缝隙。
6.如权利要求4所述的小型化平面超宽带天线，其特征在于，所述六边形缝隙为五条边封闭、一条边半封闭的六边形缝隙。
7.如权利要求I所述的小型化平面超宽带天线，其特征在于，所述微带线为直线型。
8.如权利要求I所述的小型化平面超宽带天线，其特征在于，所述微带线包括与环形贴片连接的水平段及与水平段连接的竖直段。
专利摘要本实用新型小型化平面超宽带天线，涉及一种天线，该超宽带天线包括介质基板，介质基板的一面设置有由一条特征阻抗为50欧姆的微带线和直接连接于微带线一端的环形贴片构成的馈电结构，介质基板的另一面刻蚀形成六边形缝隙，六边形缝隙周缘的金属层构成微带线的地板。本实用新型具有整体结构简单，制造成本低，易于推广应用的优点。
文档编号H01Q1/38GK202352833SQ20112042563
公开日2012年7月25日 申请日期2011年11月1日 优先权日2011年11月1日
发明者吴其琦, 曾文波, 潘绍明, 赵嘉 申请人:广西工学院