圆形开槽超宽带微带贴片天线

摘要

本发明公开了一种圆形开槽超宽带微带贴片天线，通过对一圆形辐射贴片中间挖去圆形槽孔和周围设置均匀半圆形凸起，以具有阶梯状槽孔的矩形接地板为底面从而形成了覆盖超宽工作带宽的特性。该天线在2.4-13.9GHz频段内回波损耗小于-10dB，相对中心频率8.15GHz的相对带宽为141%，满足FCC对超宽带天线的频带要求（3.1-10.6GHz）。本发明具有结构简单、体积相对较小、重量轻、剖面低、成本低、易于集成批量加工等特点，可广泛应用于WLAN、全球微波互联接入网和蓝牙系统等。

说明书

技术领域

本发明属于移动通信系统和无线通信领域，具体涉及一种超宽带微带贴片天线。

背景技术

2002年2月，美邦通信委员会（FCC）通过决议，规定了3.1-10.6GHz作为超宽带（UWB）系统的工作频谱范围，允许将其应用于车载雷达系统，数字通信与测量系统以及成像系统等领域。UWB无线技术获得批准用于民用通信，引起了世界各国的广泛关注。FCC公布的UWB三个应用频段分别为：低于960MHz、3.1-10.6GHZ和22-29GHZ，其中3.1-10.6GHz这个频段多应用在通信技术方面。UWB技术的应用前景非常诱人，如在高速无线个域网、无线以太接口链路、智能无线局域网、户外对等网络以及传感、定位和识别网络等众多领域有着广泛的应用，尤其是在数字家庭的应用。目前众多公司都选择无线家庭应用作为UWB技术的突破口。正因为有这些应用场景与许多优点，所以全球各大著名公司正在积极进行UWB无线设备的开发与推广。

但是，UWB作为一种新兴无线通信技术，还有许多问题亟待研究。其中一个重要问题就是要求天线有超宽的工作带宽。传统的UWB 天线，尽管其各项性能指标均具有很宽的频带特性，如行波天线、对数周期天线、碟形天线、泪滴天线等等。然而，上述各天线形式相比同类天线而言尺寸较大、加工成本高、剖面高或机械工精度要求高等缺陷满足不了UWB系统结构小的要求。因此，非常有必要设计具备结构简单、体积小、重量轻、易于和微波集成电路加工集成，且便于实现小型化的UWB终端天线。

发明内容

本发明的目的在于提供一种圆形开槽超宽带微带贴片天线，实现结构简单、降低尺寸、增加带宽并能够工作在蓝牙通信、WLAN和WiMAX等频段，而且满足了微带天线结构简单、体积小、重量轻、剖面低、易于和微波集成电路加工集成的技术特点。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案如下：

一种圆形开槽超宽带微带贴片天线，包括微带介质基板7，位于微带介质基板7一面上的主辐射单元2，位于介质基板7另一面上的接地板8，所述主辐射单元2中心挖去一个圆形槽孔3；所述主辐射单元2通过阶梯状匹配线4与馈线5相连；所述接地板8为具有阶梯状槽孔9的矩形结构10。

进一步，所述主辐射单元2周围均匀分布有的半圆形锯齿凸起1。通过优化与增加主辐射单元2上半圆形锯齿凸起1的个数，增多了主辐射单元上的电流路径，产生的磁场与周围其他磁场的耦合使得天线的带宽逐渐的增大。

进一步，所述阶梯状匹配线4包含两个或者两个以上阶梯状微带线。

进一步，所述接地板8侧边与底边分别与所述微带介质基板(7)的侧边与底边重合，高度与馈线5等高。

进一步，所述阶梯状槽孔9包含两个或者两个以上阶梯状槽孔。

进一步，所述微带介质基板7、主辐射单元2、馈线5及接地板8沿同一纵向中心轴对称分布。

本发明微带介质基板采用PCB板常用的FR4材料，降低了制作成本，而且本发明具有结构简单、易于实现等特点，低抛面的微带结构便于与其他电路集成，可广泛应用于WLAN、全球微波互联接入网和蓝牙系统等。

附图说明

图1 为本设计天线结构的正面示意图。

图2 为本设计天线结构的背面示意图。

图3 为本设计天线的S11参数图。

图4 为本设计天线的VSWR参数图。

图中：1 半圆形锯齿凸起、2 主辐射单元、3 圆形槽孔、4 阶梯状匹配线、5 馈线、6 馈源端、7 微带介质基板、8 接地板、9 阶梯状槽孔、10 矩形结构。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行进一步的说明。

图1和图2为本设计天线结构的正/反面示意图。本实施例以实现超宽带天线的带宽范围为2.4-13.9GHz为例进行说明。本实施例为一种圆形开槽超宽带微带贴片天线，包括微带介质基板7，位于微带介质基板7一面上的主辐射单元2，位于介质基板6另一面上的接地板9。其中，主辐射单元2中心挖去了一个圆形槽孔3，并在其周围设置了均匀分布的半圆形锯齿凸起1；主辐射单元2通过阶梯状匹配线4与馈线5相连；接地板8为具有阶梯状槽孔9的矩形结构10；接地板8侧边与底边分别与所述微带介质基板7的侧边与底边重合，高度与馈线5等高；微带介质基板7、主辐射单元2、馈线5及接地板8沿同一纵向中心轴对称分布。

该实施例中，通过在主辐射单元2上蚀刻圆形槽孔3，并逐渐增多主辐射单元2上的半圆形锯齿凸起结构1，实现了主辐射单元上电流的路径的增加，从而使产生超宽带工作特性成为可能。

在主辐射单元2与馈线5之间设置有阶梯状匹配线4，在接地板8上蚀刻有阶梯状槽孔9，通过调整阶梯状匹配线4和阶梯状槽孔9的形状可以优化天线的匹配性能。

分析表明，当半圆形锯齿凸起1间隔为22.5°时，改变并优化阶梯状匹配线4以及接地板8上的阶梯状槽孔9，可使得天线在2.4-13.9GHz频段的回波损耗S11<-10dB，满足了超宽带频段的要求。天线的S11和电压驻波比参数结果如图3和图4所示。

微带介质基板采用了常用的PCB板材料-FR4，基板价格较低，有效地降低了制作成本；同时，基板的厚度为1.6mm，提高了天线的强度。