带三角形槽陷波超宽带天线

摘要

带三角形槽陷波超宽带天线，涉及一种超宽带天线。提供一种尺寸较小、带宽较宽、回波损耗较低、增益与辐射效率较高、结构简单、具有全向辐射特性与陷波功能的带三角形槽陷波超宽带天线。设有基板，在基板的正面上印制有带三角形槽的倒置梯形振子体和微带线，在基板的背面印制有三角形导体带和三阶阶梯形接地面；所述倒置梯形振子体的上边和基板的上边缘齐平；三角形槽放置在倒置梯形振子体中，倒置梯形振子体的底边接微带线，微带线延伸至基板的下边沿；基板背面的下端为一个三阶梯状的接地面，接地面与倒置梯形振子体之间有间隙；基体背面的上端设有一个三角形导体带，三角形的一个顶点位于基板背面上边缘中点位置。

说明书

技术领域

本发明涉及一种超宽带天线，尤其是涉及一种在梯形振子体上开槽并添加陷波单元的超 宽带天线。

背景技术

超宽带(UWB)无线通信是一种短距离大容量无线通信方式，它实现了短距离内超带宽、 高速的数据传输。针对超宽带通信应用，对天线设计也提出了新的技术要求，一般地，UWB 天线应具有：超宽带、稳定的辐射模式增益、一致的群时延、高辐射效率等特点，而低剖面 小型化是当前超宽带天线的发展方向。

美国联邦通信委员会(FCC)指定3.1～10.6GHz频段用于UWB通信。然而，其中的 5.15GHz～5.85GHz频带与WLAN和HIPERLAN/2的重叠，这将严重影响UWB系统。所以 具有陷波或称带阻功能的超宽带天线成为当前研究热点，以抑制可能产生干扰的频段。但目 前陷波天线的陷落频带往往过宽，或抑制频带的准确度不高。

超宽带陷波功能实现有一下几种方式：就振子体而言，通常实现超宽带天线的陷波功能 有两种方法：一是通过开槽和开孔，二是通过增加天线的寄生单元。两者都是通过改变天线 辐射体上的电流分布来阻断特定频段的电磁波辐射。就馈电结构而言，是利用具有带阻滤波 特性的微带线或共面波导，开槽或者开孔的方法通常是在天线结构中添加1/2波长谐振槽或 1/4波长短截线，使之具有阻带特性。另外一种通过添加寄生单元的方法抑制相关频段的方法 也有不少学者研究。如通过在椭圆形槽中添加一寄生微带线，改变其位置、长度和宽度，实 现了不同的阻带特性，可以成功阻断了可能干扰的频段。Kim J等人(Kim J.Choes，Lee J.W. S.2GHz Notched Ultra-wideband Antenna Using Slot-type SRR[J].Electronics Letters， 2006，42(6)：315-316)在2006年通过在背面添加圆环的形式成功抑制了在2GHz附近的频带， 并且抑制能力达到了15dB以上。2007年Krittaya Chawanonphithak(Krittaya Chawanonphithak， C.Phongcharoenpanich.5.8GHz Notched UWB Bidirectional Elliptical Ring Antenna Excited by  Circular Monopole with Curved Slot[C].Microwave Conference，2007.APMC 2007.Asia-Pacific， 2007：1-4)结合开槽与添加寄生单元的方法，在圆盘印制单极子超宽天线上开一非封闭式的 圆环，并在圆盘周围加一个圆环作为寄生单元，5.63～5.88GHz频段得到很好的抑制，并且抑 制频段精确，但是由于其圆环寄生单元过大，天线的尺寸不满足小型化的要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种尺寸较小、带宽较宽、回波损耗较低、增益与辐射效率较高、 结构简单、具有全向辐射特性与陷波功能的带三角形槽陷波超宽带天线。

本发明设有基板，在基板的正面上印制有带三角形槽的倒置梯形振子体和微带线，在基 板的背面印制有三角形导体带和三阶阶梯形接地面；所述倒置梯形振子体的上边和基板的上 边缘齐平；三角形槽放置在倒置梯形振子体中，倒置梯形振子体的底边接微带线，微带线延 伸至基板的下边沿；基板背面的下端为一个三阶梯状的接地面，接地面与倒置梯形振子体之 间有间隙；基体背面的上端设有一个三角形导体带，三角形的一个顶点位于基板背面上边缘 中点位置。

所述基板可采用双面敷铜介质基板，所述双面敷铜介质基板可采用型号为F4BK-2的双 面敷铜介质基板，基板的长度为30±0.1mm，宽度为30±0.1mm，厚度为1.5mm；敷铜介质 基板的相对介电常数ε_r为2.65。

所述倒置梯形振子体居中设置在基板正面上；所述倒置梯形振子体的上边长度可为30± 0.1mm，底边长度可为16±0.1mm，高度可为16±0.1mm；三角形槽的底边长可为8±0.1mm， 高可为8±0.1mm；微带线长度可为14±0.1mm，宽度可为4±0.1mm。

所述三角形槽可为等腰三角形槽，所述等腰三角形槽正向居中放置在倒置梯形振子体中， 所述等腰三角形槽的顶点位于基板正面的上边缘的中点位置。

所述三角形导体带可采用等腰三角形导体带，所述等腰三角形导体带的宽度可为1.5± 0.1mm，底边长可为24±0.1mm；三阶梯形接地面，其第一阶梯的长可为30mm±0.1mm，高 可为12.8mm±0.1mm；第二个阶梯长可为22mm±0.1mm，高可为2mm±0.1mm；第三个阶梯 的长可为14mm±0.1mm，高可为2mm±0.1mm，三阶梯均居中放置。

与常规印制超宽带天线相比较，本发明具有以下突出的优点和显著的效果：

尺寸小、带宽大、辐射特性好、增益高，结构简单，生产成本低。其驻波系数小于0.2 的阻抗带宽范围为：2.80～11.76GHz，阻抗带宽比都达到4.2∶1，满足FCC规定的UWB频带 要求。

附图说明

图1为本发明实施例的带三角形槽陷波超宽带天线的正面结构示意图。

图2为本发明实施例的带三角形槽陷波超宽带天线的反面结构示意图。

图3为本发明实施例的电压驻波比(VSWR)性能图。在图3中，横坐标表示频率 Frequency(GHz)，纵坐标表示电压驻波比VSWR(dB)，曲线a为仿真结果(simulation)，曲线b 为实测结果(measurement)。

图4为本发明实施例的在频率为4、7、10GHz时的yoz面方向图。

图5为本发明实施例的在频率为4、7、10GHz时的xoz面方向图。

在图4和5中，曲线a为f＝10GHz，曲线b为f＝4GHz，曲线c为f＝7GHz。

具体实施方式

以下结合实施例和附图对本发明作进一步说明。

参见图1和2，本发明实施例设有基板1，在基板1的正面上印制有带三角形槽3的倒置 梯形振子体2和微带线4，在基板1的背面印制有三角形导体带6和三阶阶梯形接地面5；所 述倒置梯形振子体2的上边和基板1的上边缘齐平；三角形槽3放置在倒置梯形振子体2中， 倒置梯形振子体2的底边接微带线4，微带线4延伸至基板1的下边沿；基板1背面的下端 为一个三阶梯状的接地面5，接地面5与倒置梯形振子体2之间有间隙；基体1背面的上端 设有一个三角形导体带6，三角形的一个顶点位于基板1背面上边缘中点位置。

所述基板1采用型号为F4BK-2的双面敷铜介质基板，基板的长度为30±0.1mm，宽度 为30±0.1mm，厚度为1.5mm；敷铜介质基板的相对介电常数ε_r为2.65。

所述倒置梯形振子体居中设置在基板正面上；所述倒置梯形振子体的上边长度可为30± 0.1mm，底边长度可为16±0.1mm，高度可为16±0.1mm；三角形槽的底边长可为8±0.1mm， 高可为8±0.1mm；微带线长度可为14±0.1mm，宽度可为4±0.1mm。

所述三角形槽可为等腰三角形槽，所述等腰三角形槽正向居中放置在倒置梯形振子体中， 所述等腰三角形槽的顶点位于基板正面的上边缘的中点位置。

所述三角形导体带可采用等腰三角形导体带，所述等腰三角形导体带的宽度可为1.5± 0.1mm，底边长可为24±0.1mm；三阶梯形接地面，其第一阶梯的长可为30mm±0.1mm，高 可为12.8mm±0.1mm；第二个阶梯长可为22mm±0.1mm，高可为2mm±0.1mm；第三个阶梯 的长可为14mm±0.1mm，高可为2mm±0.1mm，三阶梯均居中放置。

三阶梯形接地面5是敷在介质基板的背面，其第一阶梯的长为30mm±0.1mm，高为 12.8mm±0.1mm，第二个阶梯长为22mm±0.1mm，高为2mm±0.1mm，第三个阶梯的长为 14mm±0.1mm，高为2mm±0.1mm，三阶梯均居中放置。三角形导体带6的顶点位于介质基板 背面宽边的中点位置，边长为24±0.1mm，导体带的宽度为1.5±0.1mm。

图3给出本发明实施例的电压驻波比(VSWR)性能图。从图3可以看出，陷波天线的整个 工作频段为2.91～9.54GHz，其中VSWR大于3的频段为5.09～5.82GHz，故能在整个工作 频段上实现部分频段抑制。

参见图4，由图4中可见，工作频率为4、7、10GHz时在yoz平面上，即E面上的方向 图，近似为“∞”形，天线有两个瓣，在±y方向上辐射最弱，在±z方向上辐射场最强。两个 瓣基本上覆盖了大部分角度，所以本发明具有全向辐射特性。

参见图5，由图5中可见，工作频率为4、7、10GHz时在xoz平面即H面是的方向图， 在低频时近似于全向辐射特性，随频率的升高，方向图在±x方向会向内压缩。

从天线回波损耗(S11)性能图可以看出，天线已经覆盖了3.05～12.81GHz频带，达到了美 国联邦通信委员会(FCC)对于天线的要求。从天线不同频率的方向图可以看出，天线具有 全向辐射特性。