一种新型的三陷波超宽带天线的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种天线，特别是一种新型的三陷波超宽带天线。
【背景技术】
[0002] 2002 年2 月美国联邦通信委员会（Federal Communications Commission ： FCC)将3. 1GHz~10. 6GHz频段划为商用的UWB无线通信业务使用，自此以后，超宽带 技术获得了快速发展，UWB天线的研究与设计作为UWB无线通信的关键技术之一，已成 为了研究的热点。由于UWB系统的工作频段与现有无线通信系统的某些频段重合，如全 球微波互联接入（WIMAX，3. 3GHz-3. 6GHz)，无线个人局域网（WLAN，（5. 15GHz-5. 35GHz， 5. 725GHZ-5. 825GHz ))等。为了减少UWB天线对这些频段内系统通信造成干扰，具有陷波特 性的UWB天线被广泛关注。
[0003] 在实现良好的陷波特性的同时，保证UWB天线的小型化，宽频带，良好的辐射特性 是一个比较棘手的难题。目前为止具有陷波特性的UWB天线已有大量的研究成果，实现陷 波的技术可以概括为以下几种：
[0004] (1)在辐射贴片或接地板刻蚀槽线
[0005] (2)添加寄生元素
[0006] (3)加载SIR的带阻滤波器
[0007] 这些实现陷波的技术存在着以下不足：在天线辐射贴片上刻槽和在辐射贴片附近 增加寄生单元的方法都会改变天线辐射贴片表面的电流分布，影响天线的辐射方向图；在 天线地板刻槽的方法会使部分能量从地板槽泄漏，对天线方向图的后瓣产生影响，减小天 线的增益；添加寄生元素会增加天线的尺寸，而加载SIR的带阻滤波器，使结构复杂，集成 难度高。另外这些方法普遍存在的一个问题是，各个陷波频带相互影响，不易独立控制。
[0008] 电磁带隙（EBG)结构以其优异的频率带隙特性，结构简单，易于集成，带隙特性易 于调节，如果加以小型化，通过与输入端耦合，可方便独立地实现和控制超宽带天线各个陷 波，而对辐射贴片的电流分布影响较小，可保持良好的辐射特性，增益效果。因此，设计一款 基于EBG结构具有陷波特性的高性能超宽带天线具有深远的意义。
【发明内容】
[0009] 本发明的目的在于改善现有UWB天线陷波技术中影响天线辐射特性、增大天线 尺寸、陷波不易独立控制等缺陷。将三个尺寸不同的L形槽EBG结构分别加载于圆形 单极子UWB天线的馈线两侧形成耦合，有效地滤除了 WIMAX (3. 3GHz-3. 6GHz)和WLAN (5. 15GHz-5. 35GHz，5. 725GHz-5. 825GHz)共三个频段的信号，实现了良好的窄阻带特性，并 且三个陷波频段特性可以独立调节。
[0010] 本发明所采用的技术方案是：
[0011] 一种新型的三陷波超宽带天线，其特征在于：包括部分金属接地板（10)、介质基 板（20)、天线辐射贴片（30)、50欧姆馈线（31)和三个尺寸不同的L形槽EBG单元（40, 50， 60)。
[0012] 所述的一种新型的三陷波超宽带天线，其特征在于：部分金属接地板（10)上顶边 中间部分刻蚀了与50欧姆馈线（31)等宽的矩形槽（11)，天线辐射贴片（30)为圆形。
[0013] 所述的一种新型的三陷波超宽带天线，其特征在于：三个尺寸不同的L形槽EBG单 元（40,50,60)分别加载于50欧姆馈线（31)两侧形成耦合；L形槽EBG单元（40,50,60)包 括EBG金属贴片、L形槽（42, 52,62)和三个金属圆柱形过孔（41，51，61)。
[0014] 所述的一种新型的三陷波超宽带天线，其特征在于：三个金属圆柱形过孔（41， 51，61)贯穿于EBG金属贴片、介质基板（20)和部分接地板（10)之间，金属圆柱形过孔（41， 61)位于EBG金属贴片的左上角，而金属圆柱形过孔（51)位于EBG金属贴片的右上角。
[0015] 本发明相对于现有技术具有如下的优点及特性：
[0016] (1)在CLV-EBG结构中刻蚀三个L形槽，延长了等效电流路径，减小了 CLV-EBG单 元的尺寸，保证了 UWB天线的小型化，且结构简单、易于集成。
[0017] (2)在CLV-EBG结构中刻蚀三个L形槽，使阻带带宽变窄，独立地滤除了 WLAN两个 频段的信号，提高了频谱利用率。
[0018] (3)天线的相对带宽较宽，大于133%，VSWR〈2的最低频率为2. 4GHz，而最高频率大 于 12GHz。
[0019] (4)加载L形槽EBG结构，对天线的辐射贴片表面电流影响较小，从而保持了 UWB 天线全频段良好的全向辐射特性和稳定的增益效果。
[0020] (5)WIMAX (3. 3GHz-3. 6GHz)和 WLAN (5. 15GHz-5. 35GHz，5. 725GHz-5. 825GHz)三 个陷波频段特性(带宽、位置等）可以通过调节三个L形槽EBG结构单元参数进行独立地控 制。
【附图说明】
[0021] 图1是天线基本结构俯视图；
[0022] 图2是天线背面基本结构图；
[0023] 图3是EBG陷波原理图；
【具体实施方式】
[0024] 下面结合附图对本发明作进一步的描述。
[0025] 如图1、图2所示，一种新型的三陷波超宽带天线，包括部分金属接地板（10)、介质 基板（20)、天线辐射贴片（30)、50欧姆馈线（31)和三个尺寸不同的L形槽EBG单元（40， 50，60)。其中部分接地板（10)位于介质基板（20)底面，且上顶边与天线辐射贴片（30)之 间有一定距离（U-Lg)，此距离用于调节UWB天线高频段阻抗匹配。在部分金属接地板（10) 上顶边中间部分中心刻蚀了一个宽为W s，长为1^的矩形槽（11)，其宽度与50欧姆馈线（31) 相等，此矩形槽用于改善天线宽频带特性，提高驻波比带宽。
[0026] 本发明的天线中，介质基板（20)的相对介电常数为3,损耗角正切为0.004,高度 为h，加工成本低，易于与普通印刷电路板集成。
[0027] 天线辐射贴片（50)是圆形，其上顶边与介质基板（20)上顶边重合，下底边与50欧 姆馈线（31)相接，馈线宽度为W f。
[0028] 三个尺寸不同的L形槽EBG单元（40, 50,60)为正方形，分别加载于50欧姆馈线 (31)两侧形成耦合，三个L形槽EBG单元（40, 50,60)与50欧姆馈线（31)的距离分别为gl、 g2、g3，包括EBG金属贴片、L形槽（42, 52,62)和三个金属圆柱形过孔（41，51，61)。
[0029] 左边两个EBG金属贴片相邻两边相距LQ1，其中下方的EBG金属贴片与介质基板 (20)底边相距U3，右边EBG金属贴片与介质基板（20)底边相距U2。三个EBG金属贴片边 长分别为&1、&2、&3，没有增加天线的尺寸，保持了天线的小型化。1^形槽（42,52,62)宽都为 0. 2mm，彼此之间距离也为0. 2mm，且排列成螺旋状，延长等效电流路径的同时减小了阻带带 宽，实现了小型化和窄阻带的综合设计。金属圆柱形过孔（41，61)位于EBG金属贴片的左上 角，而金属圆柱形过孔（51)位于EBG金属贴片的右上角，三个金属圆柱形过孔（41，51，61) 半径分别为A、r 2、r3,其边缘与EBG金属贴片边缘都相距均为0. 2mm。
[0030] 如图3所示，这里从该UWB天线的主视图来说明L形槽EBG结构的陷波原理，其 中介质基板为透视结构。以L形槽EBG单元（50)为例进行说明，当通过50欧姆馈线（31) 向天线馈电时，EBG结构金属贴片与50欧姆馈线（31)形成稱合电容C 2(l，与部分金属接地 板（10)通过介质基板（20)形成稱合电容C21，通过金属圆柱形过孔（41)的电流回路等效 为电感L2(l，从而形成了一个并联LC谐振回路，谐振频率
【主权项】
1. 一种新型的H陷波超宽带天线，其特征在于；包括部分金属接地板（10)、介质基板 (20 )、天线福射贴片（30 )、50欧姆馈线（31)和H个尺寸不同的L形槽邸G单元（40，50，60 )。
2. 根据权利要求1所述的一种新型的H陷波超宽带天线，其特征在于；部分金属接地 板（10)上顶边中间部分刻蚀了与50欧姆馈线（31)等宽的矩形槽（11)，天线福射贴片（30) 为圆形。
3. 根据权利要求1所述的一种新型的H陷波超宽带天线，其特征在于；H个尺寸不同 的L形槽邸G单元（40, 50,60)分别加载于50欧姆馈线（31)两侧形成禪合；L形槽邸G单 元（40, 50,60)包括EBG金属贴片、L形槽（42, 52,62)和H个金属圆柱形过孔（41，51，61)。
4. 根据权利要求1所述的一种基于L形槽EBG结构的H陷波UWB天线，其特征在于：一 种新型的H陷波超宽带天线，其特征在于，H个金属圆柱形过孔（41，51，61)贯穿于邸G金 属贴片、介质基板（20)和部分接地板（10)之间，金属圆柱形过孔（41，61)位于邸G金属贴 片的左上角，而金属圆柱形过孔（51)位于邸G金属贴片的右上角。
【专利摘要】本发明涉及一种新型的三陷波超宽带天线，它包括部分金属接地板（10）、介质基板（20）、天线辐射贴片（30）、50欧姆馈线（31）和三个L形槽EBG结构单元（40，50，60）。将三个尺寸不同的L形槽EBG结构单元（40，50，60）分别与圆形单极子UWB天线的50欧姆馈线（31）耦合，在保证天线小型化、宽频带、良好的辐射特性的同时，有效地滤除了WIMAX（3.3GHz-3.6GHz）和WLAN（5.15GHz-5.35GHz，5.725-5.825GHz）共三个频段的信号。该天线在全频段内具有良好的全向辐射特性和稳定的增益效果，陷波特性良好，适用于UWB无线通信领域。
【IPC分类】H01Q1-50, H01Q1-38
【公开号】CN104681964
【申请号】CN201310637144
【发明人】张道亮, 孔媛媛, 金佳佳
【申请人】哈尔滨飞羽科技有限公司
【公开日】2015年6月3日
【申请日】2013年12月2日