具有帶陷特性的超寬帶單極子天線的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及天線技術領域，更具體的說，是涉及一種具有帶陷特性的超寬帶單極子天線。
【背景技術】
[0002]近年來，無線通信發(fā)展十分迅速，與之相關的無線通信技術、通信系統、通信設備等也成為研宄的焦點。加上可穿戴設備及技術的日新月異，應用于如以人體為中心的無線通信系統、植入式醫(yī)療設備等領域的可穿戴天線越來越受到重視。但是，隨著基于無線應用雪崩式的出現，頻帶資源的緊張、頻帶利用率低、工作帶寬窄、不同設備或天線的工作頻帶發(fā)生重疊等問題也同樣不能忽視，這都影響到天線的可靠性和無線通信系統的實用性。
[0003]2002年，美國聯邦通信委員會(FCC)發(fā)布了新的寬帶通信系統規(guī)范，目的是緩解頻帶資源的緊張以及應對高速通信的需求，將3.1 - 10.6GHz頻段分配給超寬帶通信使用，寬帶及超寬帶技術將廣泛用于工業(yè)、醫(yī)學、民用生活等領域。在寬帶及超寬帶系統中，天線的小型化、低成本、制作簡單化、易于集成等特點將作為評價天線實用性和性價比的標準。相應的，所設計的可穿戴天線也要努力滿足寬帶通信的需求。

【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明的目的是為了克服現有技術中的不足，提供一種具有陷波特性的超寬帶單極子天線，該天線在3.3 - 3.7GHz和3.7 - 4.2GHz兩個頻段產生帶陷特性，有效地抑制了WiMAX (有效工作頻段為3.3 -3.7GHz)和C波段衛(wèi)星通信(下行頻段為3.7 -4.2GHz)這兩個窄帶系統對超寬帶系統產生的干擾，該天線尺寸小、結構簡單、易于制作，適于無線通信系統及設備，是最近電磁領域、可穿戴設備領域研宄的熱點，有極大的發(fā)展前景。
[0005]本發(fā)明的目的是通過以下技術方案實現的:
[0006]具有帶陷特性的超寬帶單極子天線，包括接地板、介質基板、饋電網絡和輻射貼片，所述接地板為矩形結構，接地板設于介質基板一側，介質基板另一側設有相互連接的饋電網絡和輻射貼片，所述輻射貼片上刻蝕有H形槽和十字形槽；所述饋電網絡由微帶線構成。
[0007]所述H形槽和十字形槽的槽寬分別為0.5mm和1mm。
[0008]所述介質基板由環(huán)氧樹脂材料制成。
[0009]所述介質基板的相對介電常數為4.4，其介電損耗正切值為0.02。
[0010]所述介質基板的厚度為0.8 - 1.8mm。
[0011]所述介質基板的長和寬分別為28mm和25mm。
[0012]與現有技術相比，本發(fā)明的技術方案所帶來的有益效果是:
[0013]1.本發(fā)明天線的輻射貼片上刻蝕有H形槽和十字形槽，這兩個槽的形狀結構可以改變貼片上電流的分布特性，不僅可以提高高頻，影響中頻，還可以在低頻附近產生所需要的陷波特性；另外，還可以通過調節(jié)開槽的長度、寬度及這兩個開槽的距離，對所要抑制的頻段進行調節(jié)。
[0014]2.本發(fā)明天線經過仿真分析，得到該天線帶寬為3.09 -10.71GHz，在3.3 -4.5GHz頻段產生帶陷特性，除此頻段，該天線在有效帶寬內回波損耗小于-10dB，電壓駐波比VSWR<2 ;在3.3 - 4.5GHz頻段產生的帶陷特性，能很好的抑制WiMAX(有效工作頻段為3.3 - 3.7GHz)及C波段衛(wèi)星通信(有效工作頻段為3.7 - 4.2GHz)這兩個窄帶系統對超寬帶系統產生的干擾，從而提高了該天線的實用性和可靠性。
[0015]3.發(fā)明天線采用微帶線作為饋電網絡，是基于一維微帶線的典型結構設計得到一種新穎的、小型化的、具有陷波特性的超寬帶天線；并且具有良好的輻射性能，滿足了超寬帶系統對天線設計的要求。
【附圖說明】
[0016]圖1是本發(fā)明天線的俯視結構示意圖。
[0017]圖2是本發(fā)明天線的側視結構示意圖。
[0018]圖3本發(fā)明具體實施例的結構尺寸示意圖。
[0019]圖4是本發(fā)明天線中輻射貼片在不同開槽狀態(tài)下的回波損耗仿真結果。
[0020]圖5a、圖5b和圖5c為本發(fā)明天線分別在3.2GHz、6.5GHz和9.5GHz三個頻率處的輻射方向圖。
[0021]附圖標記:1_接地板2-介質基板3-饋電網絡4-輻射貼片5-H形槽6_十字形槽
【具體實施方式】
[0022]下面結合附圖對本發(fā)明作進一步的描述。
[0023]如圖1和圖2所示:一種具有帶陷特性的超寬帶單極子天線，包括接地板1、介質基板2、饋電網絡3和輻射貼片4，接地板I是與介質基板2等寬度的窄矩形結構，介質基板2由常用的FR4(環(huán)氧樹脂)板材料做成，其相對介電常數為4.4，損耗正切值為0.02，本實施例中的天線是通過蝕刻方法制作在長、寬、高分別為28mm、25mm和1.6mm的介質基板2上，其中接地板I印刷于介質基板2的一側，介質基板2的另一側印刷有饋電網絡3和輻射貼片4，饋電網絡3由微帶線構成，饋電網絡3和輻射貼片4相互連接，輻射貼片4上設有H形槽5和十字形槽6。本發(fā)明天線采用側饋方式，輸入阻抗為50歐姆。
[0024]如圖3所示:該圖表示的是本發(fā)明天線經過優(yōu)化設計后的具體尺寸參數，單位均為毫米，其中H形槽5和十字形槽6的槽寬分別為0.5mm和1mm，介質基板2的厚度為1.6_。
[0025]如圖4所示:
[0026](I)只刻蝕H形開槽時，天線的帶寬為3.09 - 10.0GHz,在3.2 - 4.45GHz及5.7 -7.8GHz兩個頻段有陷波特性，犧牲了 5.7 -7.8GHz的頻帶，且最高頻率為10.0GHz,達不到超寬帶要求的10.6GHzο
[0027](2)只刻蝕十字形開槽時，天線的帶寬為3.9 - 10.4GHz，在5.7 - 7.5GHz及8.8-9.7GHz兩個頻段有陷波特性，不符合設計目的及要求，且不能覆蓋3.1 -10.6GHz的超寬帶要求范圍。
[0028](3)沒有刻蝕十字形及H形開槽時，天線的帶寬為4.15-10.4GHz，在5.5-8.1GHz一個頻段有陷波特性，不符合設計目的及要求，也不能覆蓋3.1 - 10.6GHz的超寬帶范圍。
[0029](4)同時刻蝕十字形開槽及H形開槽時，天線的帶寬為3.09 - 10.71GHz，在3.3 -4.5GHz頻段有陷波特性，同時包含了所要抑制的3.3 -3.7GHz及3.7 -4.2GHz兩個頻段，符合設計目的及要求，能完全覆蓋3.1 -10.6GHz的超寬帶范圍?？梢姡斕炀€同時有兩個不同形狀及寬度的開槽時，該兩個開槽的結構可以改變貼片上電流的分布特性，不僅可以提高高頻，影響中頻，還可以在低頻附近產生所需要的陷波特性；另外，還可以通過調節(jié)開槽的長度、寬度及兩個開槽的距離，對所要抑制的頻段進行調節(jié)。
[0030]經過仿真分析，得到天線帶寬為3.09-10.71GHz，在3.3 -4.5GHz頻段產生帶陷特性，除此頻段，天線在有效帶寬內回波損耗小于-10dB，電壓駐波比VSWR〈2。在3.3 -4.5GHz頻段產生的帶陷特性，能很好的抑制WiMAX (有效工作頻段為3.3 - 3.7GHz)及C波段衛(wèi)星通信(有效工作頻段為3.7 -4.2GHz)這兩個窄帶系統對超寬帶系統產生的干擾，從而提高了該天線的實用性。
[0031]由圖4還可看出，在除了帶陷頻段的有效帶寬內，天線回波損耗均在-1OdB以下，在3.2,8.2、10.0GHz頻率附近甚至達到了 - 21、- 22、- 23dB,達到了良好的阻抗匹配。
[0032]由圖5a至圖5c可知，天線在E面和H面的輻射方向圖分別呈近似“8”字形及接近全向輻射的特性；其中E面是指與電場方向平行的方向圖切面出面是指與磁場方向平行的方向圖切面。
【主權項】
1.具有帶陷特性的超寬帶單極子天線，包括接地板、介質基板、饋電網絡和輻射貼片，其特征在于，所述接地板為矩形結構，接地板設于介質基板一側，介質基板另一側設有相互連接的饋電網絡和輻射貼片，所述輻射貼片上刻蝕有H形槽和十字形槽；所述饋電網絡由微帶線構成。2.根據權利要求1所述的具有帶陷特性的超寬帶單極子天線，其特征在于，所述H形槽和十字形槽的槽寬分別為0.5mm和1mm。3.根據權利要求1所述的具有帶陷特性的超寬帶單極子天線，其特征在于，所述介質基板由環(huán)氧樹脂材料制成。4.根據權利要求1或3所述的具有帶陷特性的超寬帶單極子天線，其特征在于，所述介質基板的相對介電常數為4.4，其介電損耗正切值為0.02。5.根據權利要求1或3所述的具有帶陷特性的超寬帶單極子天線，其特征在于，所述介質基板的厚度為0.8 - 1.8mm。6.根據權利要求1或3所述的具有帶陷特性的超寬帶單極子天線，其特征在于，所述介質基板的長和寬分別為28mm和25mm。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種具有帶陷特性的超寬帶單極子天線，包括接地板、介質基板、饋電網絡和輻射貼片，所述接地板為矩形結構，接地板設于介質基板一側，介質基板另一側設有相互連接的饋電網絡和輻射貼片，所述輻射貼片上刻蝕有H形槽和十字形槽；所述饋電網絡由微帶線構成。該天線在3.3‐3.7GHz和3.7‐4.2GHz兩個頻段產生帶陷特性，有效地抑制了WiMAX(有效工作頻段為3.3‐3.7GHz)和C波段衛(wèi)星通信(下行頻段為3.7‐4.2GHz)這兩個窄帶系統對超寬帶系統產生的干擾，該天線尺寸小、結構簡單、易于制作，適于無線通信系統及設備，是最近電磁領域、可穿戴設備領域研究的熱點，有極大的發(fā)展前景。
【IPC分類】H01Q1/50, H01Q1/38, H01Q1/52
【公開號】CN104900996
【申請?zhí)枴緾N201510218287
【發(fā)明人】金杰, 張強, 劉青爽, 李茜
【申請人】天津大學
【公開日】2015年9月9日
【申請日】2015年4月30日