具有高共模抑制比和高矩形度陷波的差分uwb天線的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種具有高共模抑制比和高矩形度陷波的差分UWB天線，該天線采用雙端口差分微帶饋電形式，通過地板上的差分帶通濾波器對偶極子進行饋電，實現(xiàn)了超寬帶工作。差分帶通濾波器的引入，使該天線達到了高共模抑制比的效果。在地板上和差分微帶饋線附近分別引入一組諧振器，在可能與其他系統(tǒng)產(chǎn)生干擾的頻帶內(nèi)實現(xiàn)高矩形度的陷波特性，并且調(diào)整諧振器的長度可以控制陷波的頻率和帶寬。
【專利說明】
具有高共模抑制比和高矩形度陷波的差分UWB天線
技術(shù)領域
[0001] 本實用新型涉及天線領域，特別涉及一種具有高共模抑制比和高矩形度陷波的差 分UWB天線。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，由于無線移動通信的迅猛發(fā)展，人們對新的通信方式提出了更高的要求。 原有的通信頻譜已經(jīng)被許多無線通信系統(tǒng)使用，可用的頻段越來越少。而超寬帶通信技術(shù) (Ultra-wideband，UWB)由于其功耗低、高比特率，功率密度極小，同時還具有傳播距離遠， 抗干擾能力強和保密性好的特點，獲得了學術(shù)界和工業(yè)界的廣泛關注。超寬帶天線作為超 寬帶系統(tǒng)中必不可少的發(fā)射接收設備，它具有尺寸小、寬頻帶、設計簡單、輻射穩(wěn)定和容易 與外電路集成等特點。UWB的帶寬為3.1-10.6GHz，在整個頻段內(nèi)與WLAN系統(tǒng)的5.2GHz/ 5.8GHz和WiMAX的5.5GHz產(chǎn)生了重疊，這樣就會造成通信干擾。為了避免這種干擾，就需要 在超寬帶天線的設計過程中濾除這些頻帶。一種簡單而實用的解決方法是在超寬帶天線設 計中加入濾波設計，形成具有陷波特性的UWB天線。在輻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以達到一定的陷波作用。使用多個諧振器的組合，可使陷波 具有較好的矩形度。
[0003] 無線通信技術(shù)的迅猛發(fā)展，也促進了全集成射頻前端產(chǎn)品的需要。集成射頻前端 通常采用差分技術(shù)實現(xiàn)，作為射頻前端的關鍵部件之一，大多數(shù)天線設計為單端口器件，不 能直接與差分電路集成，通常需要采用巴倫把差分信號轉(zhuǎn)換為單端口信號然后饋入天線。 巴倫的使用會造成損耗，使系統(tǒng)效率降低，也增加了獨立器件的數(shù)量，不利于系統(tǒng)高度集成 和小型化。
[0004] 差分天線改變了傳統(tǒng)天線的設計方法，直接把差分信號饋入到天線的兩個端口， 為設計高集成的射頻前端提供了新的途徑。 【實用新型內(nèi)容】
[0005] 本實用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點與不足，提供一種具有高共模抑制比 和高矩形度陷波的差分UWB天線。
[0006] 本實用新型的目的通過如下技術(shù)方案實現(xiàn):一種具有高共模抑制比和高矩形度陷 波的差分UWB天線，包括印刷在介質(zhì)板上層的雙端口差分微帶饋電結(jié)構(gòu)、漸變狀偶極子結(jié)構(gòu) 以及印刷在介質(zhì)板下層的差分帶通濾波器結(jié)構(gòu)，所述雙端口差分微帶饋電結(jié)構(gòu)包括第一端 口和第二端口，所述第一端口與第二端口直接連在一起，所述雙端口差分微帶饋電結(jié)構(gòu)內(nèi) 部還設有諧振枝節(jié);所述漸變狀偶極子結(jié)構(gòu)與所述雙端口差分微帶饋電結(jié)構(gòu)在同一層;所 述差分帶通濾波器結(jié)構(gòu)包括第一矩形縫隙、第二矩形縫隙和第三矩形縫隙，所述第一矩形 縫隙和第二矩形縫隙結(jié)構(gòu)相同，由第三矩形縫隙相連接，所述第三矩形縫隙的寬度小于所 述第一矩形縫隙和第二矩形縫隙的寬度，所述差分帶通濾波器的兩邊各有一開路諧振縫 隙;所述雙端口差分微帶饋電結(jié)構(gòu)與所述第三矩形縫隙垂直放置。
[0007] 從第一端口和第二端口饋入幅度相同，相位相反的差分信號。
[0008] 所述諧振枝節(jié)的長度為二分之一波長。
[0009] 所述開路諧振縫隙的長度為四分之一波長。
[0010] 本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點和有益效果：
[0011] 1、本實用新型設計結(jié)構(gòu)簡單，滿足小型化需求，易于加工。
[0012] 2、本實用新型與傳統(tǒng)的UWB天線相比，本設計采用差分饋電結(jié)構(gòu)，更容易與差分電 路集成。
[0013] 3、本實用新型采用差分饋電實現(xiàn)了共模信號高度抑制效果。
[0014] 4、本實用新型與已有的差分UWB天線相比，本設計采用兩組諧振器組合實現(xiàn)了具 有高矩形度的陷波特性，消除了UWB通信系統(tǒng)與WLAN及WiMAX系統(tǒng)的互擾。
【附圖說明】
[0015] 圖1為本實用新型所述的天線的介質(zhì)板上層結(jié)構(gòu)；
[0016] 圖2為本實用新型所述的填寫的介質(zhì)版下層結(jié)構(gòu)；
[0017]圖3為本實用新型實施例中天線的電磁仿真S參數(shù)曲線。
【具體實施方式】
[0018] 下面結(jié)合實施例及附圖對本實用新型作進一步詳細的描述，但本實用新型的實施 方式不限于此。
[0019] 本實用新型專利設計一種具有高共模抑制比和高矩形度陷波的差分UWB天線，該 天線采用雙端口差分微帶饋電形式，通過地板上的差分帶通濾波器對偶極子進行饋電，實 現(xiàn)了超寬帶工作。差分帶通濾波器的引入，使該天線達到了高共模抑制比的效果。在地板上 和差分微帶饋線附近分別引入一組諧振器，在可能與其他系統(tǒng)產(chǎn)生干擾的頻帶內(nèi)實現(xiàn)高矩 形度的陷波特性，并且調(diào)整諧振器的長度可以控制陷波的頻率和帶寬。
[0020] 本實用新型采用了雙端口差分微帶饋電結(jié)構(gòu)、地板上的差分帶通濾波器結(jié)構(gòu)和漸 變狀偶極子結(jié)構(gòu)，天線整體結(jié)構(gòu)如圖1、圖2所示。其中圖1為介質(zhì)板上層結(jié)構(gòu)，圖2為下層結(jié) 構(gòu)。與一般的差分饋電不同的是，本實用新型天線的差分饋電的兩端口 pl和P2直接連在一 起，從端口P1和P2饋入幅度相同，相位相反的差分信號。圖1中的1為漸變結(jié)構(gòu)偶極子，P1和 P2為饋電端口，2為二分之一波長諧振枝節(jié)；圖2中的3為地板，三個矩形縫隙4a、4b和4c構(gòu) 成差分帶通濾波器，S1和S2是邊上兩個對稱的四分之一波長開路諧振縫隙。差分信號從P1 和P2饋入，經(jīng)過地板上的差分帶通濾波器結(jié)構(gòu)，通過窄縫4b對偶極子進行饋電。偶極子設計 成漸變結(jié)構(gòu)，是為了更好的阻抗匹配，從而實現(xiàn)3.2-lOGHz的超寬帶工作。當共模信號進入， 差分微帶饋線對稱位置上的電位相等，不能激勵地板上的縫隙工作，進而偶極子不能產(chǎn)生 輻射，所以共模信號得到很好的抑制。介質(zhì)板上層的諧振枝節(jié)2和下層的諧振縫隙S1、S2的 引入起到陷波的作用，可用于產(chǎn)生5.2和5.8GHz附近的陷波頻率。諧振枝節(jié)2的長度大概等 于5.26泡時的1/2\(人=9//^；)^皆振縫隙51和52的長度大概等于5.86泡時的1/牡 {；，兩 個陷波頻率都可以分別通過調(diào)節(jié)諧振枝節(jié)和縫隙的長度來加以控制，適當?shù)恼{(diào)整之后，兩 個陷波頻率合在一起，在5. l-6GHz形成高矩形度的陷波特性，從而可以避免UWB系統(tǒng)工作時 與WLAN、WiMAX系統(tǒng)產(chǎn)生不必要的互擾。
[0021]本實用新型專利印刷在FR4介質(zhì)板兩面，介電常數(shù)ee = 4.4,厚度d = 0.8mm。它主要 包含了差分饋電部分(饋電端口為P1和P2)，天線地板3和偶極子1。差分微帶饋電部分印刷 在介質(zhì)板上層，有兩個饋電端口（P1，P2)，在饋電部分內(nèi)部有一個枝節(jié)2,饋電部分上部是偶 極子1。天線地板印刷在介質(zhì)板的下層，其上有4a，4b和4c組成的帶通濾波器，還有兩個開路 縫隙S1，S2。饋電部分和縫隙4c的垂直放置，使得共模信號不能激勵縫隙，共模信號被抑制。 介質(zhì)板上層的枝節(jié)1和縫隙S1、S2的作用都是為了實現(xiàn)陷波功能，枝節(jié)1的長度大概等于對 應陷波頻率波導波長的1/2,開路縫隙S1和S2的長度大概等于對應陷波頻率波導波長的1/ 4。觀察陷波頻率處的電流分布可以看到，電流主要分布在對應枝節(jié)和縫隙邊緣上。兩組諧 振器的陷波作用，從比較圖3中不同結(jié)構(gòu)的電磁仿真S參數(shù)也可以得到很好的理解。
[0022] 天線結(jié)構(gòu)如圖1所示，差分信號從P1和P2饋入，通過地板上的差分帶通濾波器對偶 極子進行饋電，偶極子的漸變結(jié)構(gòu)是為了達到較好的阻抗匹配，實現(xiàn)超寬帶工作。饋電部分 和地板縫隙的垂直放置可抑制共模信號。介質(zhì)板上層1/2波導波長的諧振枝節(jié)2和下層1/4 波導波長的開路縫隙S1，S2的組合實現(xiàn)了具有高矩形度的陷波特性，陷波頻率可以通過調(diào) 整諧振枝節(jié)或縫隙的長度來控制。本實用新型天線的電磁仿真S參數(shù)如圖3所示。
[0023] 上述實施例為本實用新型較佳的實施方式，但本實用新型的實施方式并不受上述 實施例的限制，其他的任何未背離本實用新型的精神實質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替 代、組合、簡化，均應為等效的置換方式，都包含在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1. 具有高共模抑制比和高矩形度陷波的差分UWB天線，其特征在于包括印刷在介質(zhì)板 上層的雙端口差分微帶饋電結(jié)構(gòu)、漸變狀偶極子結(jié)構(gòu)以及印刷在介質(zhì)板下層的差分帶通濾 波器結(jié)構(gòu)，所述雙端口差分微帶饋電結(jié)構(gòu)包括第一端口和第二端口，所述第一端口與第二 端口直接連在一起，所述雙端口差分微帶饋電結(jié)構(gòu)內(nèi)部還設有諧振枝節(jié);所述漸變狀偶極 子結(jié)構(gòu)與所述雙端口差分微帶饋電結(jié)構(gòu)在同一層;所述差分帶通濾波器結(jié)構(gòu)包括第一矩形 縫隙、第二矩形縫隙和第三矩形縫隙，所述第一矩形縫隙和第二矩形縫隙結(jié)構(gòu)相同，由第三 矩形縫隙相連接，所述第三矩形縫隙的寬度小于所述第一矩形縫隙和第二矩形縫隙的寬 度，所述差分帶通濾波器的兩邊各有一開路諧振縫隙；所述雙端口差分微帶饋電結(jié)構(gòu)與所 述第三矩形縫隙垂直放置。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有高共模抑制比和高矩形度陷波的差分UWB天線，其特征在 于:從第一端口和第二端口饋入幅度相同，相位相反的差分信號。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有高共模抑制比和高矩形度陷波的差分UWB天線，其特征在 于:所述諧振枝節(jié)的長度為二分之一波長。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有高共模抑制比和高矩形度陷波的差分UWB天線，其特征在 于:所述開路諧振縫隙的長度為四分之一波長。
【文檔編號】H01Q1/38GK205452534SQ201521095688
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2015年12月23日
【發(fā)明人】涂治紅, 柳炎炎, 褚慶昕, 陳達陽, 李文翱
【申請人】華南理工大學