差分階梯饋電的高矩形度陷波超寬帶縫隙天線的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型設(shè)及一種差分超寬帶天線，尤其是一種差分階梯饋電的高矩形度陷波 超寬帶縫隙天線，屬于無(wú)線移動(dòng)通信技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來(lái)，由于無(wú)線移動(dòng)通信的迅猛發(fā)展，人們對(duì)新的通信方式提出了更高的要求。 原有的通信頻譜已經(jīng)被許多無(wú)線通信系統(tǒng)使用，可用的頻段越來(lái)越少。而超寬帶通信技術(shù) (叫tra-wideband，UWB)很好的解決了運(yùn)些問(wèn)題，它將成為未來(lái)短距離無(wú)線通信的主流技 術(shù)。超寬帶通信是一種無(wú)載波通信技術(shù)，它利用納秒到微秒級(jí)的窄脈沖來(lái)傳播數(shù)據(jù)，脈沖覆 蓋范圍廣，而且不需要常規(guī)的調(diào)制和變頻技術(shù)，直接送到天線上發(fā)射。因此運(yùn)種通信方式可 W占用非常寬的帶寬，并且功率密度極小，同時(shí)還具有傳播距離遠(yuǎn)，抗干擾能力強(qiáng)和保密性 好的特點(diǎn)，能很好的滿足現(xiàn)代通信系統(tǒng)對(duì)安全性的要求。UWB的帶寬為3.1-10.6GHz，在整個(gè) 頻段內(nèi)與WLAN系統(tǒng)的5.2GHZ/5.8G化和WiMAX的5.5G化產(chǎn)生了重疊，運(yùn)樣就會(huì)造成通信干 擾。為了避免運(yùn)種干擾，就需要在超寬帶天線的設(shè)計(jì)過(guò)程中濾除運(yùn)些頻帶。一種簡(jiǎn)單而實(shí)用 的解決方法是在超寬帶天線設(shè)計(jì)中加入濾波設(shè)計(jì)，形成具有陷波特性的UWB天線。在福射體 上開槽或加載諧振器，在地板上開縫或者加載諧振器等都可W達(dá)到一定的陷波作用。但是， 一般一階陷波的頻率選擇性差，不能滿足實(shí)際應(yīng)用的需要。采用多個(gè)諧振器來(lái)設(shè)計(jì)二階或 更高階的陷波是UWB天線的一個(gè)研究趨勢(shì)。
[0003] 隨著無(wú)線通信技術(shù)的飛速發(fā)展，也促進(jìn)了緊湊、全集成射頻前端產(chǎn)品成為無(wú)線通 信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主流。目前，除天線外，大多數(shù)射頻前端都能夠集成到收發(fā)器忍片，大大減少 了分立元件的數(shù)目，降低了無(wú)線設(shè)備的成本，天線元與射頻前端的集成日益受到國(guó)際學(xué)者 的關(guān)注。由于平衡電路可W大大減小串?dāng)_，射頻前端通常采用差分技術(shù)。天線作為射頻前端 的關(guān)鍵部件之一，大多數(shù)設(shè)計(jì)為單端口器件，為了解決單端口天線與射頻前端的集成，通常 采用己侖(平衡不平衡轉(zhuǎn)換器)把差分信號(hào)轉(zhuǎn)換為單端信號(hào)后饋入單端口天線。但是，己侖 的引入會(huì)引起射頻前端損耗，降低系統(tǒng)效率等等一系列問(wèn)題，也不是全集成的解決方案。差 分天線改變了傳統(tǒng)的單端口設(shè)計(jì)方法，設(shè)計(jì)為雙端口天線，直接把差分信號(hào)饋入到天線的 兩個(gè)端口，省去了己倫，為設(shè)計(jì)高集成的射頻前端提供了行之有效的解決方案。
[0004] 據(jù)調(diào)查與了解，目前公開的現(xiàn)有技術(shù)如下：
[000引 1)2011 年，James R.Kelly, Peter S.Hall 和 Peter Gardner 等人在"IEEE TRANSACTIONS ON ANTENNAS AND PROPAGATION"上發(fā)表題為。Band-Notched UWB Antenna Inco;rporating a Microstrip Open-Loop Resonator"的文章中，使用傳統(tǒng)的單端口天線 設(shè)計(jì)方法，采用共面波導(dǎo)(CPW)饋電的單極子UWB天線，CPW饋電具有較寬的帶寬。值得注意 的是天線的陷波結(jié)構(gòu)一一開環(huán)諧振器加在介質(zhì)板的另外一側(cè)，利用禪合使開環(huán)諧振器達(dá)到 陷波的目的，但是由于文章中采用的是單諧振器結(jié)構(gòu)，只能達(dá)到單陷波特性，陷波矩形度不 夠好。
[0006] 2)2014年，ZM-hong Tu，Wen-Ao L巧PQing-Xin Chu等人在"I邸E ANTENNAS AND WIRELESS PROPAGATION LETTERS"發(fā)表題為 "Single-Layer Differential CPW-Fed Notch-Band Tapered-Slot UWB Antenna"的文章中，采用差分CPW饋電，在地板上開錐形槽 的UWB天線，運(yùn)樣可W實(shí)現(xiàn)較寬的帶寬。然后在地板的縫隙邊上加載枝節(jié)諧振器，在饋電部 分開縫形成諧振器，最終達(dá)到二階陷波的效果，陷波矩形度很好，陷波的頻率可W通過(guò)調(diào)節(jié) 諧振器的長(zhǎng)度來(lái)自由改變。由于該天線采用了雙端口差分饋電，天線福射方向圖的交叉極 化非常小，而且是單層天線，易于加工。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0007] 本實(shí)用新型的目的是為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供了一種差分階梯饋電的 高矩形度陷波超寬帶縫隙天線，該天線具有小尺寸、寬頻段、福射方向圖好、陷波矩形度好 的優(yōu)點(diǎn)，能夠滿足小型化、低成本、易于加工、易與差分電路集成的要求。
[0008] 本實(shí)用新型的目的可W通過(guò)采取如下技術(shù)方案達(dá)到：
[0009] 差分階梯饋電的高矩形度陷波超寬帶縫隙天線，包括介質(zhì)基板、地板和差分饋電 結(jié)構(gòu)，所述地板設(shè)置在介質(zhì)基板頂層，所述差分饋電結(jié)構(gòu)設(shè)置在介質(zhì)基板底層，所述地板上 刻蝕有一個(gè)矩形寬縫、兩個(gè)左右對(duì)稱的T形槽和四個(gè)相互對(duì)稱的矩形狹縫，所述矩形寬縫和 T形槽均位于差分饋電結(jié)構(gòu)的上方;所述差分饋電結(jié)構(gòu)中部的上下兩側(cè)均呈左右對(duì)稱的階 梯狀，差分饋電結(jié)構(gòu)上刻蝕有兩個(gè)左右對(duì)稱的彎折狹縫，所述地板上的矩形狹縫和差分饋 電結(jié)構(gòu)上的彎折狹縫構(gòu)成兩組縫隙諧振器。
[0010] 作為一種優(yōu)選方案，所述差分饋電結(jié)構(gòu)的左、右兩端分別為第一饋電端口和第二 饋電端口，所述第一饋電端口和第二饋電端口分別位于介質(zhì)基板底層的左、右邊緣處。
[0011] 作為一種優(yōu)選方案，所述地板上的矩形狹縫用于產(chǎn)生5.8G化的陷波頻率，其電流 路徑長(zhǎng)度為5.8G化陷波頻率波導(dǎo)波長(zhǎng)的1/2。
[0012] 作為一種優(yōu)選方案，所述差分饋電結(jié)構(gòu)上的彎折狹縫用于產(chǎn)生5.2G化的陷波頻 率，其電流路徑長(zhǎng)度為5.2G化陷波頻率波導(dǎo)波長(zhǎng)的1 /2。
[0013] 作為一種優(yōu)選方案，所述介質(zhì)基板采用FR4介質(zhì)基板，其介電常數(shù)為4.4，厚度為 1.6mm。
[0014] 作為一種優(yōu)選方案，所述差分饋電結(jié)構(gòu)采用微帶饋線構(gòu)成。
[0015] 本實(shí)用新型相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)具有如下的有益效果：
[0016] 1、本實(shí)用新型的超寬帶縫隙天線在地板上刻蝕有一個(gè)矩形寬縫和兩個(gè)左右對(duì)稱 的T形槽，差分饋電結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成階梯漸變結(jié)構(gòu)，并采用禪合饋電，為了實(shí)現(xiàn)更好的阻抗匹配， 達(dá)到較寬帶寬的目的;此外，地板上還刻蝕有四個(gè)相互對(duì)稱的矩形狹縫，差分饋電結(jié)構(gòu)刻蝕 有兩個(gè)左右對(duì)稱的彎折狹縫，構(gòu)成了兩組縫隙諧振器，在可能產(chǎn)生干擾的頻段(5-6GHZ)內(nèi) 實(shí)現(xiàn)了具有良好矩形度的陷波特性，從而可W消除UWB化Itra Wideband,超寬帶)通信系統(tǒng) 與WLAN、WiMAX系統(tǒng)的互擾。
[0017] 2本實(shí)用新型的超寬帶縫隙天線可W通過(guò)改變地板上的矩形狹縫和差分饋電結(jié)構(gòu) 上的彎折狹縫的電流路徑長(zhǎng)度對(duì)陷波的頻率和帶寬進(jìn)行控制，達(dá)到想要的陷波頻段，其中 地板上的矩形狹縫用于產(chǎn)生5.8G化的陷波頻率，差分饋電結(jié)構(gòu)上的彎折狹縫用于產(chǎn)生 5.2G化的陷波頻率。
[0018] 3、本實(shí)用新型的超寬帶縫隙天線采用雙端口差分饋電形式，在整個(gè)頻帶內(nèi)具有很 好的福射方向圖，并且經(jīng)過(guò)電磁仿真表明，除了陷波頻段增益較低外，其它頻段的增益基本 穩(wěn)定在5地i左右，因此在整個(gè)頻帶內(nèi)具有較穩(wěn)定的增益。
[0019] 4、本實(shí)用新型的超寬帶縫隙天線采用了平面結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、尺寸小、易于加 工，而且采用禪合饋電形式，更容易實(shí)現(xiàn)超寬帶，與現(xiàn)有的UWB天線相比，采用差分饋電結(jié) 構(gòu)，更容易與差分電路集成;與現(xiàn)有的差分UWB天線相比，采用兩組縫隙諧振器(一組為地板 上的矩形狹縫，另一組為差分饋電結(jié)構(gòu)上的彎折狹縫)組合實(shí)現(xiàn)了具有良好矩形度的陷波 特性，消除了 UWB通信系統(tǒng)與WLAN及WiMAX系統(tǒng)的互擾。
【附圖說(shuō)明】
[0020] 圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例1的超寬帶縫隙天線頂層的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021] 圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例1的超寬帶縫隙天線底層的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022] 圖3為本實(shí)用新型實(shí)施例1的超寬帶縫隙天線的電磁仿真增益曲線圖。
[0023] 圖4為本實(shí)用新型實(shí)施例2的四