基于EBG的小型化双陷波UWB天线的制作方法

本发明涉及一种基于ebg的小型化双陷波uwb天线，属于无线通信技术领域。

背景技术：

超宽带（ultra-wideband，uwb）技术是目前备受关注的一种新型短距离高速无线通信技术。自从美国联邦通信委员会将3.1-10.6ghz划分为民用uwb频段以来，工业界和学术界已经在uwb无线电技术领域开展了大量的研究工作。作为uwb系统的一个重要组成部分，uwb天线已经成为天线领域的研究热点之一。

在给现有的uwb系统分配的频段内，存在多个频段的无线电干扰信号，例如：5.15-5.35ghz和5.725-5.825ghz频段的wlan信号、3.3-3.7ghz和5.725-5.85ghz频段的wimax信号、7.25-7.75ghz的x波段卫星通信下行信号以及8.025-8.4ghz的itu信号等。因此，需要设计具有陷波功能的uwb天线来消除这些不必要的干扰。虽然，现有很多陷波uwb天线都能有效抑制上述干扰信号的影响，但是它们还是存在尺寸过大，陷波技术过于陈旧，有待改进和创新等缺点。近年来，在uwb天线中引入电磁带隙（electromagneticbandgap,ebg）结构是较新的陷波技术。但目前用来陷波的ebg结构大多数都是蘑菇型ebg结构，此类ebg结构主要存在尺寸过大，需要蚀刻金属过孔，加工困难等缺点。

本发明设计的一种基于ebg的小型化双陷波uwb天线，经文献检索，未见与本发明相同的公开报道。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术之不足，设计出一种基于ebg的小型化双陷波uwb天线。

本发明中的一种基于ebg的小型化双陷波uwb天线由以下5部分组成：介质板，介质板正面的辐射单元、馈电单元和接地单元，以及介质板背面的陷波单元组成，其中：

a.介质板为长方形介质板；

b.辐射单元包括第一“阶梯”状微带结构、第二“阶梯”状微带结构、“双孔桥”状微带结构、“月”形微带结构和矩形微带结构；第一“阶梯”状微带结构、第二“阶梯”状微带结构、“双孔桥”状微带结构、“月”形微带结构和矩形微带结构围成一个半开放型槽，半开放型槽由小半圆槽、大半圆槽和矩形槽组成；

c.馈电单元为矩形微带馈线；

d.接地单元包括第一“圆弧坡”状微带结构和第二“圆弧坡”状微带结构；第一“圆弧坡”状微带结构通过在矩形贴片上分别蚀刻第一个四分之一圆槽、第一个水平方向矩形槽和竖直方向第一个矩形槽得到，第二“圆弧坡”状微带结构通过在矩形贴片上分别蚀刻第二个四分之一圆槽、第二个水平方向矩形槽和竖直方向第二个矩形槽得到；

d.第一“圆弧坡”状微带结构和第二“圆弧坡”状微带结构尺寸相同，相对于馈电单元左右对称，并与微带馈线形成缝隙，构成共面波导；

e.天线背面的陷波单元包括纵向“双叉形”电磁带隙（ebg）结构阵和横向“双叉形”电磁带隙（ebg）结构阵列；纵向“双叉形”电磁带隙（ebg）结构阵列包含两个相同的“双叉”型共面电磁带隙结构，它们彼此连接，呈纵向排列，并位于介质板背面的中间位置；横向“双叉形”电磁带隙（ebg）结构阵列包含三个相同的“双叉”型共面电磁带隙结构，它们彼此连接，呈横向排列，并位于介质板背面的底部；

f.“双叉形”电磁带隙（ebg）结构阵列的单个“双叉形”共面电磁带隙结构单元，由第一“叉”型微带结构、第二“叉”型微带结构和十字型微带结构组成;第一“叉”型微带结构与第二“叉”型微带结构相对于十字型微带结构对称；

g.纵向“双叉形”电磁带隙（ebg）结构阵列的单个“双叉”型共面电磁带隙结构单元与横向“双叉形”电磁带隙（ebg）结构阵列的单个“双叉”型共面电磁带隙结构单元结构相同；

h.调整ebg结构阵列大小和两个ebg的相对位置将影响陷波频点和带宽；纵向ebg结构阵列产生较低频段陷波，横向ebg结构阵列产生较高频段陷波。

所述第一“阶梯”状微带结构、第二“阶梯”状微带结构、“双孔桥”状微带结构、“月”形微带结构、矩形微带结构构成uwb天线的辐射贴片。第一“圆弧坡”状微带结构和第二“圆弧坡”状微带结构构成共地面结构，微带馈线与第一“圆弧坡”状微带结构和第二“圆弧坡”状微带结构间有缝隙，形成共面波导。uwb天线的双陷波特性是由在介质板背面引入的ebg结构阵列来决定的。其技术原理主要是利用了ebg结构阵列的阻带特性。

本发明与现有uwb天线相比，具有如下优点：

1.天线尺寸小，结构简单，能很好地满足天线小型化的要求；

2.新设计的“双叉”型共面ebg结构具有尺寸小，加工简单，无需蚀刻金属过孔，陷波效果好等优点；

3.天线具有良好的超宽带和陷波特性，通过引入新型的“双叉”型共面ebg结构阵列，获得了5.12-6.21ghz和7.07-8.92ghz等两个陷波频带，能有效抑制5.15-5.35ghz和5.725-5.825ghz频段的wlan信号、3.3-3.7ghz和5.725-5.85ghz频段的wimax信号、7.25-7.75ghz的x波段卫星通信下行信号以及8.025-8.4ghz的itu信号等信号的干扰；

4.制作成本低、精度高、可重复性好，便于批量生产。

附图说明

图1为本发明结构示意图。

图2为“双叉”型ebg结构单元。

图3为本发明中天线回波损耗（s11）的仿真和测试结果。

图4为在3ghz时xoz与yoz平面上的测试方向图。

图5为在４.5ghz时xoz与yoz平面上的测试方向图。

图6为在5.5ghz时xoz与yoz平面上的测试方向图。

具体实施方式

如图1所示，本发明中的一种基于ebg的小型化双陷波uwb天线由以下5部分组成：介质板1,介质板正面的辐射单元2、3、4、5、6、馈电单元7和接地单元8、9，以及介质板背面的陷波单元19、20组成，其中：

a.介质板1为长方形介质板；

b.辐射单元包括：第一“阶梯”状微带结构2、第二“阶梯”状微带结构3、“双孔桥”状微带结构4、“月”形微带结构5和矩形微带结构6；第一“阶梯”状微带结构2、第二“阶梯”状微带结构3、“双孔桥”状微带结构4、“月”形微带结构5和矩形微带结构6围成一个半开放型槽，半开放型槽由小半圆槽10、大半圆槽11和矩形槽12组成；

c.馈电单元为矩形微带馈线7；

d.接地单元包括第一“圆弧坡”状微带结构8和第二“圆弧坡”状微带结构9；第一“圆弧坡”状微带结构8通过在矩形贴片上分别蚀刻第一个四分之一圆槽13、第一个水平方向矩形槽15和竖直方向第一个矩形槽17得到，第二“圆弧坡”状微带结构9通过在矩形贴片上分别蚀刻第二个四分之一圆槽14、第二个水平方向矩形槽16和竖直方向第二个矩形槽18得到；

d.第一“圆弧坡”状微带结构8和第二“圆弧坡”状微带结构9尺寸相同，相对于馈电单元左右对称，并与微带馈线7形成缝隙，构成共面波导；

e.天线背面的陷波单元包括：纵向“双叉形”电磁带隙（ebg）结构阵列19和横向“双叉形”电磁带隙（ebg）结构阵列20；纵向“双叉形”电磁带隙（ebg）结构阵列19包含两个相同的“双叉”型共面电磁带隙结构，它们彼此连接，呈纵向排列，并位于介质板背面的中间位置；横向“双叉形”电磁带隙（ebg）结构阵列20包含三个相同的“双叉”型共面电磁带隙结构，它们彼此连接，呈横向排列，并位于介质板背面的底部；

f.“双叉形”电磁带隙（ebg）结构阵列的单个“双叉形”共面电磁带隙结构单元，由第一“叉”型微带结构21、第二“叉”型微带结构23和十字型微带结构22组成;第一“叉”型微带结构21与第二“叉”型微带结构23相对于十字型微带结构22对称；

g.纵向“双叉形”电磁带隙（ebg）结构阵列19的单个“双叉”型共面电磁带隙结构单元与横向“双叉形”电磁带隙（ebg）结构阵列20的单个“双叉”型共面电磁带隙结构单元结构相同；

h.调整ebg结构阵列大小和两个ebg的相对位置将影响陷波频点和带宽；纵向ebg结构阵列产生较低频段陷波，横向ebg结构阵列产生较高频段陷波。

本发明中uwb天线具有很好的紧凑性，介质板1采用介电常数为4.6和损耗角正切为0.02的fr4介质材料，其尺寸为20mm×15mm×1.6mm。天线回波损耗的测试结果如图3所示。测试结果显示，该超宽带天线的总工作带宽为9.96ghz（3.02-12.98ghz），s11≤-10db的工作频段为：3.02-5.12ghz，6.21-7.07ghz，8.92-12.98ghz（其中11.69-12.05ghz除外，在该频段内s11值略大于-10db），天线具有5.12-6.21ghz和7.07-8.92ghz两个明显的陷波频带，有效地抑制了5.15-5.35ghz和5.725-5.825ghz频段的wlan信号、5.725-5.85ghz频段的wimax信号、7.25-7.75ghz的x波段卫星通信下行信号以及8.025-8.4ghz频段的itu信号等信号的干扰。

上面对本发明的较佳实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。