一种嵌套矩形和E型结构的8陷波超宽带天线的制作方法

本实用新型涉及无线电技术领域，尤其涉及一种嵌套矩形和e型结构的8陷波超宽带天线。

背景技术：

近年来，超宽带(ultra-wideband)天线的研究越来越受到人们的关注，特别是2002年fcc将3.1～10.6ghz频段规定为民用频段之后，研发出了该频段的超宽带天线，该频段随后与一些已有应用的频段存在重合的现象，如wimax波段上行频和下行频、insat波段上行频和下行频、wlan波段上行频和下行频及x波段上行和下行频等这些窄带信号，超宽带信号可能会对这些窄带信号系统产生电磁干扰，为了避免同时对这些频段的窄带信号系统造成影响，需要同时对超宽带系统中的这些频段的窄带信号进行滤除。要滤除这些干扰，通常采用带阻滤波器抑制，但是采用带阻波器会增加天线的尺寸、造价及复杂度高。

技术实现要素：

为了解决以上现有技术的缺点和不足之处，本实用新型的首要目的是提供一种嵌套矩形和e型结构的8陷波超宽带天线。

本实用新型的技术方案是：一种嵌套矩形和e型结构的8陷波超宽带天线，包括：

介质基板；

金属接地面，所述金属接地面覆在介质基板下表面；

辐射贴片，所述辐射贴片覆在介质基板上表面，辐射贴片以介质基板竖向的中轴线为中轴线左右对称，辐射贴片材质为金属，辐射贴片内开有第一矩形开环谐振器，第一矩形开环谐振器内的辐射贴片上开设有第二矩形开环谐振器；

微带馈线，所述微带馈线覆在介质基板上表面，微带馈线上端与辐射贴片电连接，微带馈线的中轴线与介质基板竖向的中轴线重合，微带馈线右侧的上部和下部分别设有互补e型电磁带隙结构和第一e型电磁带隙结构，微带馈线左侧设有第二e型电磁带隙结构；

所述互补e型电磁带隙结构包括：外e型电磁带隙结构和内e型电磁带隙结构，外e型电磁带隙结构开口朝右，内e型电磁带隙结构开口朝左，外e型电磁带隙结构将内e型电磁带隙结构包围。

进一步地，所述辐射贴片包括：

上矩形贴片，所述上矩形贴片上下长度10.4mm，上矩形贴片左右长度14mm，第一矩形开环谐振器开在上矩形贴片内，第一矩形开环谐振器的上边缘与上矩形贴片上边缘；

所述第二矩形开环谐振器的上部边缘与上矩形贴片上边缘平行。

进一步地，所述辐射贴片还包括：

下梯形贴片，所述下梯形贴片长边与上矩形贴片下部边缘相同，下梯形贴片长边与上矩形贴片下部边缘对齐且连接为一体，下梯形贴片短边长为7mm，下梯形贴片高为5.6mm，微带馈线上端与下梯形贴片下部边缘电连接。

进一步地，所述介质基板材料采用roggers5880，厚度为0.8mm，长为36mm，宽为32mm；

微带馈线的宽度为2mm，长度为20mm，电阻为50ω；

所述第一矩形开环谐振器总长度为34mm；

所述第二矩形开环谐振器总长度为32mm；

所述外e型电磁带隙结构的上枝、连接枝和下枝的总长度为18.2mm，外e型电磁带隙结构的中枝通过第一金属柱与金属接地面电连接，外e型电磁带隙结构的上枝右端一体连接垂直向下的下垂枝，外e型电磁带隙结构的下枝右端一体连接垂直向下的上垂枝，下垂枝的长度为1.1mm，上垂枝的长度为1.3mm；

所述内e型电磁带隙结构的上枝、连接枝和下枝的总长度为11.4mm，内e型电磁带隙结构中枝通过第二金属柱与金属接地面电连接；

所述第一e型电磁带隙结构的开口朝右，第一e型电磁带隙结构的上枝、连接枝和下枝的总长度为15mm，第一e型电磁带隙结构通过第三金属柱与金属接地面电连接；

所述第二e型电磁带隙结构的开口朝左，第二e型电磁带隙结构的上枝、连接枝和下枝的总长度为23.4mm，第一e型电磁带隙结构通过第四金属柱与金属接地面电连接；

第一金属柱、第二金属柱、第三金属柱和第四金属柱的直径为0.3mm。

进一步地，所述外e型电磁带隙结构的上枝和下枝长度相同；

所述内e型电磁带隙结构的上枝和下枝长度相同，内e型电磁带隙结构的中枝与外e型电磁带隙结构的中枝在同一条直线上，内e型电磁带隙结构的中枝左端与外e型电磁带隙结构的中枝右端间距为1.2mm；

所述第一e型电磁带隙结构的上枝和下枝长度相同；

所述第二e型电磁带隙结构的上枝和下枝长度相同。

进一步地，所述外e型电磁带隙结构的连接枝长度为6.2mm；

所述内e型电磁带隙结构的连接枝长度为4mm；

所述第一e型电磁带隙结构的连接枝长度为5mm；

所述第二e型电磁带隙结构的连接枝长度为8mm。

进一步地，外e型电磁带隙结构的中枝长度为1.5mm，第一金属柱与微带馈线的距离为1.88mm；

内e型电磁带隙结构的中枝长度为1.2mm，第二金属柱与与微带馈线的距离为4.21mm；

第一e型电磁带隙结构的中枝长度为2.6mm，第三金属柱与微带馈线的距离为2.05mm；

第二e型电磁带隙结构的中枝长度为1.3mm，第四金属柱与微带馈线的距离为1.45mm。

进一步地，外e型电磁带隙结构与微带馈线的间距为0.3mm；

第一e型电磁带隙结构与微带馈线的间距为0.3mm；

第二e型电磁带隙结构与微带馈线的间距为0.45mm。

进一步地，所述第一矩形开环谐振器槽宽为0.4mm；

所述第二矩形开环谐振器槽宽为0.2mm；

所述外e型电磁带隙结构的枝节宽0.3mm；

所述内e型电磁带隙结构的枝节宽0.3mm；

所述第一e型电磁带隙结构的枝节宽0.3mm；

所述第二e型电磁带隙结构的枝节宽0.3mm。

进一步地，所述第二矩形开环谐振器与第一矩形开环谐振器的左右间距为0.1mm，第二矩形开环谐振器与第一矩形开环谐振器的上下间距为0.6mm，第一e型电磁带隙结构与介质基板下边缘的距离为9.7mm，互补e型电磁带隙结构与第一e型电磁带隙结构的间距为5mm，第二e型电磁带隙结构与介质基板下边缘的距离为3.5mm。

本实用新型的有益效果是：与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：

1)通过第一矩形开环谐振器、第二矩形开环谐振器、互补e型电磁带隙结构、第一e型电磁带隙结构、第二e型电磁带隙结构实现8个陷波，即能够同时对8个频段的窄带信号实现陷波功能，而且由于仅通过印刷电路板工艺或集成电路工艺将辐射贴片和陷波结构印制在介质基板上，使得本实用新型尺寸较小，复杂度低便于集成到通信设备中，并且制造成本低廉；

2)通过在微带馈线右侧放置互补e型电磁带隙结构和第一e型电磁带隙结构，在微带馈线左侧放置第二e型电磁带隙结构，避免了所有电磁带隙结构都放在一侧所产生的结构不够紧凑的问题，和避免了电磁带隙结构间相互耦合导致天线在2.8ghz-12ghz频段内的回波损耗s11<-10db，电压驻波比vswr<2的问题，使得得2.8ghz-12ghz频段能量辐射效率不高的问题。

附图说明

图1为本实用新型的立体视图；

图2为本实用新型通过hfss15.0软件仿真的回波损耗曲线；

图3为本实用新型通过hfss15.0软件仿真的电压驻波比曲线。

具体实施方式

下面结合附图及具体的实施例对实用新型进行进一步介绍：

实施实例1：参考图1，一种嵌套矩形和e型结构的8陷波超宽带天线，包括：介质基板4；金属接地面5，所述金属接地面5覆在介质基板4下表面；辐射贴片1，所述辐射贴片1覆在介质基板4上表面，辐射贴片1以介质基板4竖向的中轴线为中轴线左右对称，辐射贴片1材质为金属，辐射贴片1内开有第一矩形开环谐振器2，第一矩形开环谐振器2内的辐射贴片1上开设有第二矩形开环谐振器3；微带馈线11，所述微带馈线11覆在介质基板4上表面，微带馈线11上端与辐射贴片1电连接，微带馈线11的中轴线与介质基板4竖向的中轴线重合，微带馈线11右侧的上部和下部分别设有互补e型电磁带隙结构6和第一e型电磁带隙结构9，微带馈线11左侧设有第二e型电磁带隙结构12；所述互补e型电磁带隙结构6包括：外e型电磁带隙结构601和内e型电磁带隙结构602，外e型电磁带隙结构601开口朝右，内e型电磁带隙结构602开口朝左，外e型电磁带隙结构601将内e型电磁带隙结构602包围。

辐射贴片1为金属材质的薄片，第一矩形开环谐振器2和第二矩形开环谐振器3为开在辐射贴片1上的矩形开槽，矩形开槽为开环，矩形开槽两端之间不连通。互补e型电磁带隙结构6、第一e型电磁带隙结构9和第二e型电磁带隙结构12为金属材质的薄片。金属接地面5为金属材质的薄片。微带馈线11为金属材质的薄片。本实用新型利用印刷电路板工艺或集成电路工艺在介质基板4上刻蚀得到。

每个开环谐振器和每个e型电磁带隙结构的长度由下列公式确定：

其中，c为光速，fnotch为陷波中心频率，εreff为有效介电常数，εr为基板的介电常数，h为基板厚度，ωf为微带线宽度，l为各开环谐振器或各类类u形寄生带的长度。

通过第一矩形开环谐振器2、第二矩形开环谐振器3、互补e型电磁带隙结构6、第一e型电磁带隙结构、第二e型电磁带隙结构实现8个陷波，即能够同时对8个频段的窄带信号实现陷波功能，而且由于仅通过印刷电路板工艺或集成电路工艺将辐射贴片和陷波结构印制在介质基板4上，使得本实用新型尺寸较小，复杂度低便于集成到通信设备中，并且制造成本低廉；通过在微带馈线右侧放置互补e型电磁带隙结构6和第一e型电磁带隙结构9，在微带馈线11左侧放置第二e型电磁带隙结构12，避免了所有电磁带隙结构都放在一侧所产生的结构不够紧凑的问题，和避免了电磁带隙结构间相互耦合导致天线在2.8ghz-12ghz频段内的回波损耗s11<-10db，电压驻波比vswr<2的问题，使得2.8ghz-12ghz频段能量辐射效率不高的问题。

进一步地，所述辐射贴片1包括：上矩形贴片101，所述上矩形贴片101上下长度10.4mm，上矩形贴片101左右长度14mm，第一矩形开环谐振器2开在上矩形贴片101内，第一矩形开环谐振器2的上边缘与上矩形贴片101上边缘；所述第二矩形开环谐振器3的上部边缘与上矩形贴片101上边缘平行。

上矩形贴片101起到的作用是，上矩形贴片101与第一矩形开环谐振器2同为矩形，通过hfss15.0对不同形状的开环谐振器仿真得到，形状相似时第一矩形开环谐振器2对特定频带会产生强烈的谐振，使第一矩形开环谐振器2对应的频段回波损耗增大，电压驻波比增加，增强对对应频段的陷波特性。同理的第二矩形开环谐振器3也是矩形，使第二矩形开环谐振器3对应的频段回波损耗增大，电压驻波比增加，增强对对应频段的陷波特性。

进一步地，所述辐射贴片1还包括：下梯形贴片102，所述下梯形贴片102长边与上矩形贴片101下部边缘相同，下梯形贴片102长边与上矩形贴片101下部边缘对齐且连接为一体，下梯形贴片102短边长为7mm，下梯形贴片102高为5.6mm，微带馈线11上端与下梯形贴片102下部边缘电连接。

下梯形贴片102起到的作用是，将天线总频带拓宽的作用，通过hfss15.0仿真可以得到，在有下梯形贴片102和没有下梯形贴片102的情况下，天线的总带宽会出现变化，在有下梯形贴片102的情况下天线带宽更宽，在没有下梯形贴片102的情况下天线带宽更小。

进一步地，所述介质基板4材料采用roggers5880，厚度为0.8mm，长为36mm，宽为32mm；微带馈线11的宽度为2mm，长度为20mm，电阻为50ω；所述第一矩形开环谐振器2总长度为34mm；所述第二矩形开环谐振器3总长度为32mm；所述外e型电磁带隙结构601的上枝、连接枝和下枝的总长度为18.2mm，外e型电磁带隙结构601的中枝通过第一金属柱8与金属接地面5电连接，外e型电磁带隙结构601的上枝右端一体连接垂直向下的下垂枝，外e型电磁带隙结构601的下枝右端一体连接垂直向下的上垂枝，下垂枝的长度为1.1mm，上垂枝的长度为1.3mm；所述内e型电磁带隙结构602的上枝、连接枝和下枝的总长度为11.4mm，内e型电磁带隙结构602中枝通过第二金属柱7与金属接地面5电连接；所述第一e型电磁带隙结构9的开口朝右，第一e型电磁带隙结构9的上枝、连接枝和下枝的总长度为15mm，第一e型电磁带隙结构9通过第三金属柱10与金属接地面5电连接；所述第二e型电磁带隙结构12的开口朝左，第二e型电磁带隙结构12的上枝、连接枝和下枝的总长度为23.4mm，第一e型电磁带隙结构9通过第四金属柱13与金属接地面5电连接；第一金属柱8、第二金属柱7、第三金属柱10和第四金属柱13的直径为0.3mm。

起到的作用是：

1)使得天线能够对3.50-3.54ghz、3.80-4.11ghz、4.17-4.28ghz、4.46-4.72ghz、4.89-5.13ghz、5.51-5.83ghz、5.87-6.74ghz和8.08-8.82ghz频段产生陷波效果；

2)上垂枝垂直向上伸长1.3mm，下垂枝垂直向下使得1.1mm一是可以加强外e型电磁带隙结构601和内e型电磁带隙结构602间的电磁耦合，使得对应的陷波频(即需要滤除的窄带频率的回波损耗s11增加，电压驻波比vswr增加，提升对对应频率的陷波效果，二是可以使天线整体结构更加紧凑，通过hfss15.0对不同长度和不同伸长方向的上垂枝和下垂枝仿真得到上垂枝垂直向上伸长1.3mm，下垂枝垂直向下使得1.1mm对对应频率的陷波效果最好；

3)第一金属柱8、第二金属柱7、第三金属柱10和第四金属柱13使得其它陷波结构产生的陷波分叉，使天线总的陷波数量达到8个；

4)第一金属柱8、第二金属柱7、第三金属柱10和第四金属柱13的直径设定为0.3mm，使得金属柱分叉的陷波频(即需要滤除的窄带频率)的回波损耗s11和电压驻波比vswr增加的同时，除了陷波频率的其它部分同时也满足的回波损耗s11<-10db，电压驻波比vswr<2的要求，提升对对应频率的陷波效果和对陷波频率以外频率的辐射效率。

进一步地，所述外e型电磁带隙结构601的上枝和下枝长度相同；所述内e型电磁带隙结构602的上枝和下枝长度相同，内e型电磁带隙结构602的中枝与外e型电磁带隙结构601的中枝在同一条直线上，内e型电磁带隙结构602的中枝左端与外e型电磁带隙结构601的中枝右端间距为1.2mm；所述第一e型电磁带隙结构9的上枝和下枝长度相同；所述第二e型电磁带隙结构12的上枝和下枝长度相同。

起到的效果是：

1)通过hfss15.0对不同长度上枝和下枝进行仿真得到，e型电磁带隙结构上枝和下枝长度相同时，使得e型电磁带隙结构对其它陷波结构的电磁耦合最小；

2)通过hfss15.0对不同e型电磁带隙结构602的中枝左端与外e型电磁带隙结构601的中枝右端间距进行仿真，将内e型电磁带隙结构602的中枝左端与外e型电磁带隙结构601的中枝右端间距设定为1.2mm时，使得内e型电磁带隙结构602的中枝左端与外e型电磁带隙结构601上的表面电流相位正好相反，产生相位抵消作用，对对应频率产生陷波特性，使得对应陷波频率(即需要滤除的窄带频率)的回波损耗s11增加，电压驻波比vswr增加，提升对对应频率的陷波效果。

进一步地，所述外e型电磁带隙结构601的连接枝长度为6.2mm；所述内e型电磁带隙结构602的连接枝长度为4mm；所述第一e型电磁带隙结构9的连接枝长度为5mm；所述第二e型电磁带隙结构12的连接枝长度为8mm。

起到的作用是：

通过hfss15.0对不同连接枝长度进行仿真得到，在上述连接枝长度下，2.8ghz-12ghz频段除对应陷波频率(即需要滤除的窄带频率)外的频段的回波损耗s11最小，电压驻波比vswr最小。

进一步地，外e型电磁带隙结构601的中枝长度为1.5mm，第一金属柱8与微带馈线11的距离为1.88mm；内e型电磁带隙结构602的中枝长度为1.2mm，第二金属柱7与与微带馈线11的距离为4.21mm；第一e型电磁带隙结构9的中枝长度为2.6mm，第三金属柱10与微带馈线11的距离为2.05mm；第二e型电磁带隙结构12的中枝长度为1.3mm，第四金属柱13与微带馈线11的距离为1.45mm。。

起到的效果是：

通过hfss15.0对不同中枝长度进行仿真，在保证对应陷波频率(即需要滤除的窄带频率)的回波损耗s11>-5db和电压驻波比vswr>9，和2.8ghz-12ghz频段除对应陷波频率(即需要滤除的窄带频率)外的频段的回波损耗s11<-10db和电压驻波比vswr<2的情况下，使对应陷波频率(即需要滤除的窄带频率)的频带拓宽。

进一步地，外e型电磁带隙结构601与微带馈线11的间距为0.3mm；第一e型电磁带隙结构9与微带馈线11的间距为0.3mm；第二e型电磁带隙结构12与微带馈线11的间距为0.45mm。

起到的效果是：

通过hfss15.0对e型电磁带隙结构与微带馈线11的不同间距与进行仿真得到，上述参数下能够保证互补e型电磁带隙结构6、第一e型电磁带隙结构9和第二e型电磁带隙结构12所产生的陷波的回波损耗s11>-5db和电压驻波比vswr>9，并且各陷波结构间的耦合最小。

进一步地，所述第一矩形开环谐振器2槽宽为0.4mm；所述第二矩形开环谐振器3槽宽为0.2mm；所述外e型电磁带隙结构601的枝节宽0.3mm；所述内e型电磁带隙结构602的枝节宽0.3mm；所述第一e型电磁带隙结构9的枝节宽0.3mm；所述第二e型电磁带隙结构12的枝节宽0.3mm。

起到的效果是：

通过hfss15.0对e型电磁带隙结构的不同枝节宽度进行仿真得到，在上述参数下，可以使得各陷波结构所产生的陷波带宽足够宽但又不会相互过于靠近，并且2.8ghz-12ghz频段除对应陷波频率(即需要滤除的窄带频率)外的频段的回波损耗s11<-10db和电压驻波比vswr<2。

进一步地，所述第二矩形开环谐振器3与第一矩形开环谐振器2的左右间距为0.1mm，第二矩形开环谐振器3与第一矩形开环谐振器2的上下间距为0.6mm，第一e型电磁带隙结构9与介质基板4下边缘的距离为2mm，互补e型电磁带隙结构6与第一e型电磁带隙结构9的间距为5mm，第二e型电磁带隙结构12与介质基板4下边缘的距离为3.5mm。

使得个陷波结构间的耦合最小，另外由于天线安装的部位可能有导电体，为了避免第一e型电磁带隙结构9和第二e型电磁带隙结构12与导电体距离太近产生耦合，通过设置与介质基板45下部边缘的间距设定，使得在天线在满足阻抗匹配和尺寸足够小的情况下，与附近导电体的耦合最小。

为了验证本实用新型设计的效果，本实用新型采用hfss15.0仿真，图2为本天线结构通过hfss15.0仿真得到的回波损耗曲线，图3为本天线通过hfss15.0仿真得到的电压驻波比曲线，从图中可以看出在天线在2.8ghz-12ghz频段内的回波损耗s11<-10db，电压驻波比vswr<2，覆盖了3.1-10.6ghz频率范围。天线在3.50-3.54ghz、3.80-4.11ghz、4.17-4.28ghz、4.46-4.72ghz、4.89-5.13ghz、5.51-5.83ghz、5.87-6.74ghz和8.08-8.82ghz频段内的回波损耗s11>-5db、电压驻波比vswr>9，表明这些频段内大量能量都是不能向外辐射的，天线具备显著的陷特性，能有效抑制上述8个频段。

本实用新型中的陷波结构是对第一矩形开环谐振器2、第二矩形开环谐振器3、互补e型电磁带隙结构6、第一e型电磁带隙结构9和第二e型电磁带隙结构12的统称。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本实用新型的保护范围。