一种带宽为2.3-20.1GHz的超宽带单极子天线

摘要

本发明涉及一种带宽为2.3-20.1GHz的超宽带单极子天线，其特征在于：在FR4介质基板上设有一层辐射体介质，中间为半椭圆的辐射贴片，辐射贴片与CPW馈线相连；FR4介质基板的下端为两块对称地板，CPW馈线由对两块称地板中间的间隙穿过；在辐射贴片的下半部分沿圆弧设有小C型槽和大C型槽，小C型槽的半径小于大C型槽。本发明频率覆盖范围2.3-20.1GHz，总带宽17.8GHz，比一般超宽带天线带宽要宽，采用共面波导馈电技术有利于展宽带宽。本发明结构简单，制作方便，价格低廉，能很好的完成了双限波功能，使得UWB系统免受所述频段的干扰。

说明书

技术领域

本发明涉及一种单极子天线，一种带宽为2.3-20.1GHz的超宽带单极子天线，具有双限波功能的小型化平面单极子天线。

背景技术

随着无线通讯需求的不断增加，超宽带(Ultra-WideBand，UWB)无线通讯技术以其低功耗、高带宽、低复杂度等优点而倍受观注，2002年美国联邦通信委员会(FCC)批准将3.1-10.6GHz频段作为超宽带技术的应用。然而这一频段也覆盖了全球微波互联接入(WIMAX)(3.3-3.7GHz)、C波段卫星通信系统和无线局域网(WLAN)窄带系统(5.15-5.35GHz，5.725-5.825GHz)的工作频段。为了抑制上述通信系统对UWB系统的干扰，一种简单有效的方法就是使超宽带天线在这些频段内同时生成较大的反射，也就是双限波功能。

发明内容

要解决的技术问题

为了解决以上问题，本发明设计了一种带宽为2.3-20.1GHz的超宽带单极子天线，满足超宽带(3.1-10.6GHz)的要求，并且设计双限波功能来排除所述频段对UWB系统的干扰，双线波频段分别为3.1-4.4GHz(中心频率3.6GHz)和5.1-5.9GHz(中心频率5.6GHz)。

技术方案

一种带宽为2.3-20.1GHz的超宽带单极子天线，其特征在于包括FR4介质基板1、对称地板2、辐射贴片3、小C型槽4、大C型槽5和CPW馈线6；在FR4介质基板1上设有一层辐射体介质，中间为半椭圆的辐射贴片3，辐射贴片3与CPW馈线6相连；FR4介质基板1的下端为两块对称地板2，CPW馈线6由对两块称地板2中间的间隙穿过；在辐射贴片3的下半部分沿圆弧设有小C型槽和大C型槽，小C型槽的半径小于大C型槽；所述的辐射贴片3为半椭圆，上半部分为椭圆，中间部分为长方形，下半部分为半圆。

所述的FR4介质基板1尺寸为宽26mm×长34mm×高1.5mm；辐射体介质高度为1.5mm；半椭圆的辐射贴片3的尺寸为：上半部分的长轴为14mm，短轴为10mm；中间部分为长方形，长为14mm、宽为7mm；下半部分为半径等于7mm的半圆；CPW馈线6的尺寸为长6.2mm、宽2mm；对称地板2的尺寸为长11.6mm×宽5.5mm；对称地板与馈线间的缝隙的为0.4mm；辐射贴片的下半部分半圆与对称地板上端的距离为0.5mm；小C型槽圆心距离整个天线的中心垂直向下偏离3.5mm，其宽度为0.9mm，对称于中心轴线的展开角度为238.26度；大C型槽圆心距离整个天线的中心垂直向下偏离3.7mm，其宽度为0.8mm，对称于中心轴线的展开角度为273.9度。

所述的辐射体介质的介电常数为4.4。

所述的辐射贴片为铜覆层。

有益效果

本发明提出的带宽为2.3-20.1GHz具有双限波功能的超宽带单极子天线，使用FR4材料，设计了一种用于超宽带系统的小型化平面单极天线，采用共面波导馈电、对称的地板，其辐射贴片采用半椭圆、矩形与椭圆形组合的结构，使其在2.3-20.1GHz的频带内驻波比＜2，同时引入开环谐振结构(两个非同心的C型槽)实现频带抑制，使其在3.1-4.4GHz和5.1-5.9GHz的频带内驻波比＞2，完成了限波功能，避免干扰。

本发明频率覆盖范围2.3-20.1GHz，总带宽17.8GHz，比一般超宽带天线带宽要宽，采用共面波导馈电技术有利于展宽带宽。本发明结构简单，制作方便，价格低廉，能很好的完成了双限波功能，使得UWB系统免受所述频段的干扰。

附图说明

图1：本发明的结构图

图2：图1的前侧视图

图3：图1的左侧视图

1-FR4介质基板，2-对称地板，3-辐射贴片，4-小C型槽，5-大C型槽，6-CPW馈线；

图4：为开槽前和开槽后天线的仿真和实测反射系数的对比；

图5：为开槽前和开槽后天线驻波比的对比。

具体实施方式

现结合附图、实施例对本发明进一步描述：

图1为本发明的结构图，图2为图1的俯视图，图3为图1的左侧视图。天线的辐射体介质是印制在FR4介质基板1上的，介质基板尺寸：宽26mm×长34mm×高1.5mm，介质的介电常数4.4，介质的高度1.5mm。整个天线尺寸非常小，与一元硬币大小相近似。天线的辐射贴片3使用的材料为铜覆层，此铜覆层为非常薄的一层导电体，基本没有厚度。辐射贴片是半椭圆的，上半部分的长轴为14mm，短轴为10mm；中间部分为长方形，长为14mm、宽为7mm；下半部分为半径等于7mm的半圆。辐射贴片与长6.2mm×宽2mm的CPW馈线6相连，使天线具有较宽的带宽。长11.6mm×宽5.5mm的对称地板2与CPW馈线和介质基板构成的CPW馈线对天线的辐射体进行馈电，以此展宽天线的工作带宽。地板侧面与馈线间的缝隙的大小为0.4mm，天线辐射贴片3下半部分半圆与地板上部的距离为0.5mm。小C型槽4的长度决定的是高频限波的位置，大C型槽5决定低频限波的位置。小C型槽圆心距离整个天线的中心垂直向下偏离3.5mm，其宽度为0.9mm，对称于中心轴线的展开角度为238.26度，；大C型槽圆心距离整个天线的中心垂直向下偏离3.7mm，其宽度为0.8mm，对称于中心轴线的展开角度为273.9度。从图中可以看出大C型槽的长度比小C型槽的长度长，可得出结论槽的长度越长，限波的位置就向低频处偏移。大C型槽和小C型槽的存在引进了谐振，在天线没开槽的基础上引入此两C型槽可以获得限波功能，在具有比一般天线更宽的带宽的同时，很好的避免所述频段对UWB系统的干扰。图4为开槽前和开槽后天线的仿真和实测反射系数的对比，从图4可以看到除了3.1-4.4GHz和5.1-5.9GHz以外，整个2.3-20.1GHz处回波损耗都是小于-10dB的，这就表明成功完成限波功能，并且具有17.8GHz的带宽。图5为开槽前和开槽后天线驻波比的对比，也可以看出可以看到除了3.1-4.4GHz和5.1-5.9GHz以外，整个2.3-20.1GHz处的驻波比都是小于2的，再一次证明限波位置和带宽达标，成功排除了全球微波互联接入(WIMAX)(3.3-3.7GHz)、C波段卫星通信系统和无线局域网(WLAN)窄带系统(5.15-5.35GHz，5.725-5.825GHz)对UWB系统的干扰。