[實用新型]一種帶寬為2.3-20.1GHz的超寬帶單極子天線

無效

• 申請號: 201020596206.2
• 申請日: 2010-11-04
• 公開（公告）號: CN201845872U
• 公開（公告）日: 2011-05-25
• 發明（設計）人: 劉國美;郭陳江
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: H01Q1/38
• 分類號: H01Q1/38;H01Q1/48;H01Q9/30
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 王鮮凱

技術領域

本發明涉及一種單極子天線，一種帶寬為2.3-20.1GHz的超寬帶單極子天線，具有雙限波功能的小型化平面單極子天線。

背景技術

隨著無線通訊需求的不斷增加，超寬帶(Ultra-WideBand，UWB)無線通訊技術以其低功耗、高帶寬、低復雜度等優點而倍受觀注，2002年美國聯邦通信委員會(FCC)批準將3.1-10.6GHz頻段作為超寬帶技術的應用。然而這一頻段也覆蓋了全球微波互聯接入(WIMAX)(3.3-3.7GHz)、C波段衛星通信系統和無線局域網(WLAN)窄帶系統(5.15-5.35GHz，5.725-5.825GHz)的工作頻段。為了抑制上述通信系統對UWB系統的干擾，一種簡單有效的方法就是使超寬帶天線在這些頻段內同時生成較大的反射，也就是雙限波功能。

發明內容

要解決的技術問題

為了解決以上問題，本發明設計了一種帶寬為2.3-20.1GHz的超寬帶單極子天線，滿足超寬帶(3.1-10.6GHz)的要求，并且設計雙限波功能來排除所述頻段對UWB系統的干擾，雙線波頻段分別為3.1-4.4GHz(中心頻率3.6GHz)和5.1-5.9GHz(中心頻率5.6GHz)。

技術方案

一種帶寬為2.3-20.1GHz的超寬帶單極子天線，其特征在于包括FR4介質基板1、對稱地板2、輻射貼片3、小C型槽4、大C型槽5和CPW饋線6；在FR4介質基板1上設有一層輻射體介質，中間為半橢圓的輻射貼片3，輻射貼片3與CPW饋線6相連；FR4介質基板1的下端為兩塊對稱地板2，CPW饋線6由對兩塊稱地板2中間的間隙穿過；在輻射貼片3的下半部分沿圓弧設有小C型槽和大C型槽，小C型槽的半徑小于大C型槽；所述的輻射貼片3為半橢圓，上半部分為橢圓，中間部分為長方形，下半部分為半圓。

所述的FR4介質基板1尺寸為寬26mm×長34mm×高1.5mm；輻射體介質高度為1.5mm；半橢圓的輻射貼片3的尺寸為：上半部分的長軸為14mm，短軸為10mm；中間部分為長方形，長為14mm、寬為7mm；下半部分為半徑等于7mm的半圓；CPW饋線6的尺寸為長6.2mm、寬2mm；對稱地板2的尺寸為長11.6mm×寬5.5mm；對稱地板與饋線間的縫隙的為0.4mm；輻射貼片的下半部分半圓與對稱地板上端的距離為0.5mm；小C型槽圓心距離整個天線的中心垂直向下偏離3.5mm，其寬度為0.9mm，對稱于中心軸線的展開角度為238.26度；大C型槽圓心距離整個天線的中心垂直向下偏離3.7mm，其寬度為0.8mm，對稱于中心軸線的展開角度為273.9度。

所述的輻射體介質的介電常數為4.4。

所述的輻射貼片為銅覆層。

有益效果

本發明提出的帶寬為2.3-20.1GHz具有雙限波功能的超寬帶單極子天線，使用FR4材料，設計了一種用于超寬帶系統的小型化平面單極天線，采用共面波導饋電、對稱的地板，其輻射貼片采用半橢圓、矩形與橢圓形組合的結構，使其在2.3-20.1GHz的頻帶內駐波比＜2，同時引入開環諧振結構(兩個非同心的C型槽)實現頻帶抑制，使其在3.1-4.4GHz和5.1-5.9GHz的頻帶內駐波比＞2，完成了限波功能，避免干擾。

本發明頻率覆蓋范圍2.3-20.1GHz，總帶寬17.8GHz，比一般超寬帶天線帶寬要寬，采用共面波導饋電技術有利于展寬帶寬。本發明結構簡單，制作方便，價格低廉，能很好的完成了雙限波功能，使得UWB系統免受所述頻段的干擾。

附圖說明

圖1：本發明的結構圖

圖2：圖1的前側視圖

圖3：圖1的左側視圖

1-FR4介質基板，2-對稱地板，3-輻射貼片，4-小C型槽，5-大C型槽，6-CPW饋線；

圖4：為開槽前和開槽后天線的仿真和實測反射系數的對比；

圖5：為開槽前和開槽后天線駐波比的對比。

具體實施方式

現結合附圖、實施例對本發明進一步描述：

圖1為本發明的結構圖，圖2為圖1的俯視圖，圖3為圖1的左側視圖。天線的輻射體介質是印制在FR4介質基板1上的，介質基板尺寸：寬26mm×長34mm×高1.5mm，介質的介電常數4.4，介質的高度1.5mm。整個天線尺寸非常小，與一元硬幣大小相近似。天線的輻射貼片3使用的材料為銅覆層，此銅覆層為非常薄的一層導電體，基本沒有厚度。輻射貼片是半橢圓的，上半部分的長軸為14mm，短軸為10mm；中間部分為長方形，長為14mm、寬為7mm；下半部分為半徑等于7mm的半圓。輻射貼片與長6.2mm×寬2mm的CPW饋線6相連，使天線具有較寬的帶寬。長11.6mm×寬5.5mm的對稱地板2與CPW饋線和介質基板構成的CPW饋線對天線的輻射體進行饋電，以此展寬天線的工作帶寬。地板側面與饋線間的縫隙的大小為0.4mm，天線輻射貼片3下半部分半圓與地板上部的距離為0.5mm。小C型槽4的長度決定的是高頻限波的位置，大C型槽5決定低頻限波的位置。小C型槽圓心距離整個天線的中心垂直向下偏離3.5mm，其寬度為0.9mm，對稱于中心軸線的展開角度為238.26度，；大C型槽圓心距離整個天線的中心垂直向下偏離3.7mm，其寬度為0.8mm，對稱于中心軸線的展開角度為273.9度。從圖中可以看出大C型槽的長度比小C型槽的長度長，可得出結論槽的長度越長，限波的位置就向低頻處偏移。大C型槽和小C型槽的存在引進了諧振，在天線沒開槽的基礎上引入此兩C型槽可以獲得限波功能，在具有比一般天線更寬的帶寬的同時，很好的避免所述頻段對UWB系統的干擾。圖4為開槽前和開槽后天線的仿真和實測反射系數的對比，從圖4可以看到除了3.1-4.4GHz和5.1-5.9GHz以外，整個2.3-20.1GHz處回波損耗都是小于-10dB的，這就表明成功完成限波功能，并且具有17.8GHz的帶寬。圖5為開槽前和開槽后天線駐波比的對比，也可以看出可以看到除了3.1-4.4GHz和5.1-5.9GHz以外，整個2.3-20.1GHz處的駐波比都是小于2的，再一次證明限波位置和帶寬達標，成功排除了全球微波互聯接入(WIMAX)(3.3-3.7GHz)、C波段衛星通信系統和無線局域網(WLAN)窄帶系統(5.15-5.35GHz，5.725-5.825GHz)對UWB系統的干擾。