具有高共模抑制比和高矩形度陷波的差分UWB天线

摘要

本发明公开了一种具有高共模抑制比和高矩形度陷波的差分UWB天线，该天线采用双端口差分微带馈电形式，通过地板上的差分带通滤波器对偶极子进行馈电，实现了超宽带工作。差分带通滤波器的引入，使该天线达到了高共模抑制比的效果。在地板上和差分微带馈线附近分别引入一组谐振器，在可能与其他系统产生干扰的频带内实现高矩形度的陷波特性，并且调整谐振器的长度可以控制陷波的频率和带宽。

说明书

技术领域

本发明涉及天线领域，特别涉及一种具有高共模抑制比和高矩形度陷波的差分UWB天线。

背景技术

近年来，由于无线移动通信的迅猛发展，人们对新的通信方式提出了更高的要求。原有的通信频谱已经被许多无线通信系统使用，可用的频段越来越少。而超宽带通信技术(Ultra-wideband,UWB)由于其功耗低、高比特率，功率密度极小，同时还具有传播距离远，抗干扰能力强和保密性好的特点，获得了学术界和工业界的广泛关注。超宽带天线作为超宽带系统中必不可少的发射接收设备，它具有尺寸小、宽频带、设计简单、辐射稳定和容易与外电路集成等特点。UWB的带宽为3.1-10.6GHz，在整个频段内与WLAN系统的5.2GHz/5.8GHz和WiMAX的5.5GHz产生了重叠，这样就会造成通信干扰。为了避免这种干扰，就需要在超宽带天线的设计过程中滤除这些频带。一种简单而实用的解决方法是在超宽带天线设计中加入滤波设计，形成具有陷波特性的UWB天线。在辐射体上开槽或加载谐振器，在地板上开缝或者加载谐振器等都可以达到一定的陷波作用。使用多个谐振器的组合，可使陷波具有较好的矩形度。

无线通信技术的迅猛发展,也促进了全集成射频前端产品的需要。集成射频前端通常采用差分技术实现，作为射频前端的关键部件之一，大多数天线设计为单端口器件，不能直接与差分电路集成，通常需要采用巴伦把差分信号转换为单端口信号然后馈入天线。巴伦的使用会造成损耗，使系统效率降低，也增加了独立器件的数量，不利于系统高度集成和小型化。

差分天线改变了传统天线的设计方法，直接把差分信号馈入到天线的两个端口，为设计高集成的射频前端提供了新的途径。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种具有高共模抑制比和高矩形度陷波的差分UWB天线。

本发明的目的通过如下技术方案实现：一种具有高共模抑制比和高矩形度陷波的差分UWB天线，包括印刷在介质板上层的双端口差分微带馈电结构、渐变状偶极子结构以及印刷在介质板下层的差分带通滤波器结构，所述双端口差分微带馈电结构包括第一端口和第二端口，所述第一端口与第二端口直接连在一起，所述双端口差分微带馈电结构内部还设有谐振枝节；所述渐变状偶极子结构与所述双端口差分微带馈电结构在同一层；所述差分带通滤波器结构包括第一矩形缝隙、第二矩形缝隙和第三矩形缝隙，所述第一矩形缝隙和第二矩形缝隙结构相同，由第三矩形缝隙相连接，所述第三矩形缝隙的宽度小于所述第一矩形缝隙和第二矩形缝隙的宽度，所述差分带通滤波器的两边各有一开路谐振缝隙；所述双端口差分微带馈电结构与所述第三矩形缝隙垂直放置。

从第一端口和第二端口馈入幅度相同，相位相反的差分信号。

所述谐振枝节的长度为二分之一波长。

所述开路谐振缝隙的长度为四分之一波长。

本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：

1、本发明设计结构简单，满足小型化需求，易于加工。

2、本发明与传统的UWB天线相比，本设计采用差分馈电结构，更容易与差分电路集成。

3、本发明采用差分馈电实现了共模信号高度抑制效果。

4、本发明与已有的差分UWB天线相比，本设计采用两组谐振器组合实现了具有高矩形度的陷波特性，消除了UWB通信系统与WLAN及WiMAX系统的互扰。

附图说明

图1为本发明所述的天线的介质板上层结构；

图2为本发明所述的填写的介质版下层结构；

图3为本发明实施例中天线的电磁仿真S参数曲线。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

本发明专利设计一种具有高共模抑制比和高矩形度陷波的差分UWB天线，该天线采用双端口差分微带馈电形式，通过地板上的差分带通滤波器对偶极子进行馈电，实现了超宽带工作。差分带通滤波器的引入，使该天线达到了高共模抑制比的效果。在地板上和差分微带馈线附近分别引入一组谐振器，在可能与其他系统产生干扰的频带内实现高矩形度的陷波特性，并且调整谐振器的长度可以控制陷波的频率和带宽。

本发明采用了双端口差分微带馈电结构、地板上的差分带通滤波器结构和渐变状偶极子结构，天线整体结构如图1、图2所示。其中图1为介质板上层结构，图2为下层结构。与一般的差分馈电不同的是，本发明天线的差分馈电的两端口p1和p2直接连在一起，从端口P1和P2馈入幅度相同，相位相反的差分信号。图1中的1为渐变结构偶极子，P1和P2为馈电端口，2为二分之一波长谐振枝节；图2中的3为地板，三个矩形缝隙4a、4b和4c构成差分带通滤波器，S1和S2是边上两个对称的四分之一波长开路谐振缝隙。差分信号从P1和P2馈入，经过地板上的差分带通滤波器结构，通过窄缝4b对偶极子进行馈电。偶极子设计成渐变结构，是为了更好的阻抗匹配，从而实现3.2-10GHz的超宽带工作。当共模信号进入，差分微带馈线对称位置上的电位相等，不能激励地板上的缝隙工作，进而偶极子不能产生辐射，所以共模信号得到很好的抑制。介质板上层的谐振枝节2和下层的谐振缝隙S1、S2的引入起到陷波的作用，可用于产生5.2和5.8GHz附近的陷波频率。谐振枝节2的长度大概等于5.2GHz时的谐振缝隙S1和S2的长度大概等于5.8GHz时的1/4λ_g，两个陷波频率都可以分别通过调节谐振枝节和缝隙的长度来加以控制，适当的调整之后，两个陷波频率合在一起，在5.1-6GHz形成高矩形度的陷波特性，从而可以避免UWB系统工作时与WLAN、WiMAX系统产生不必要的互扰。

本发明专利印刷在FR4介质板两面，介电常数ε_e＝4.4，厚度d＝0.8mm。它主要包含了差分馈电部分(馈电端口为P1和P2)，天线地板3和偶极子1。差分微带馈电部分印刷在介质板上层，有两个馈电端口(P1，P2)，在馈电部分内部有一个枝节2，馈电部分上部是偶极子1。天线地板印刷在介质板的下层，其上有4a，4b和4c组成的带通滤波器，还有两个开路缝隙S1，S2。馈电部分和缝隙4c的垂直放置，使得共模信号不能激励缝隙，共模信号被抑制。介质板上层的枝节1和缝隙S1、S2的作用都是为了实现陷波功能，枝节1的长度大概等于对应陷波频率波导波长的1/2，开路缝隙S1和S2的长度大概等于对应陷波频率波导波长的1/4。观察陷波频率处的电流分布可以看到，电流主要分布在对应枝节和缝隙边缘上。两组谐振器的陷波作用，从图3中不同结构的电磁仿真S参数也可以得到很好的理解。

天线结构如图1所示，差分信号从P1和P2馈入，通过地板上的差分带通滤波器对偶极子进行馈电，偶极子的渐变结构是为了达到较好的阻抗匹配，实现超宽带工作。馈电部分和地板缝隙的垂直放置可抑制共模信号。介质板上层1/2波导波长的谐振枝节2和下层1/4波导波长的开路缝隙S1，S2的组合实现了具有高矩形度的陷波特性，陷波频率可以通过调整谐振枝节或缝隙的长度来控制。本发明天线的电磁仿真S参数如图3所示。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。