[發明專利]一種新型超寬帶平面單極子天線

在審

• 申請號: 202210417898.7
• 申請日: 2022-04-13
• 公開（公告）號: CN114709608A
• 公開（公告）日: 2022-07-05
• 發明（設計）人: 趙全明;凡創;劉震;楊天意;李天成;邊澤鵬
• 申請（專利權）人: 河北工業大學
• 主分類號: H01Q1/38
• 分類號: H01Q1/38;H01Q1/48;H01Q1/50;H01Q5/10;H01Q5/307
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本發明公開了一種新型超寬帶平面單極子天線，包括介質基板、輻射貼片、微帶饋線、匹配微帶線和接地平面單元，所述的輻射貼片、微帶饋線與匹配微帶線均印制在所述介質基板的的上表面；所述接地貼片單元印制在介質基板的下表面；所述輻射貼片為五層階梯形式；所述匹配微帶線的寬度線性漸變，其下端與微帶饋線的上端連接，上端與輻射貼片的下端相連；所述接地平面單元的頂部兩側設有對稱的切角結構。上述結構部分除介質基板外全為覆銅金屬。本發明的新型超寬帶平面單極子天線具有體積小、結構簡單、輻射特性好以及阻抗帶寬寬等優良特點，可適用于超寬帶領域。

技術領域

本技術涉及天線領域，具體涉及一種新型超寬帶平面單極子天線。

背景技術

美國通信委員會于2002年將3.1～10.6GHz頻段作為超寬帶(ultra-wideband，UWB)通信使用，該規則使得超寬帶天線技術的研究成為了一個新的研究熱點。超寬帶技術具有高速傳輸速率、低功耗和幾乎不受多徑效應的影響等諸多優點，目前已經廣泛應用衛星通信、微波成像等領域。目前基于未來UWB通信系統的應用，無論是短距離線傳輸還是長距離傳輸，都需要超寬帶天線。在實際的工程應用中，常將帶寬比大于或等于10∶1的天線稱為超寬帶(super-wideband，SWB)天線。

天線作為通訊系統最前端的部件，其主要承擔著無線電波的接收和發射等任務，通常而言，天線的性能優劣直接影響著整個通信系統的通信質量。根據上述，超寬帶天線在超寬帶通信系統中的重要性不言而喻，因此設計研究UWB乃至SWB天線具有十分重要的意義。在UWB通信系統中，UWB天線一般應具備極寬的工作帶寬、全向的輻射特性、穩定的增益以及良好的時域特性。與此同時，現代通信技術的日益更新，各種設備的小型化已是大趨所勢，UWB天線也在向著小型化不斷發展進步，在眾多小型化UWB天線中，超寬帶天線是當今UWB天線研究領域中的熱點。

超寬帶天線是在超寬帶通信技術的帶動下發展起來的，通常采用微帶天線來實現超寬帶特性。平面單極子天線是微帶天線的一種特殊類型，具備了微帶天線的大部分優點。如剖面薄、體積小、制造成本低、饋電網絡可與天線結構集成，常用在無線局域網和高精度定位等諸多領域。

在文獻“A DGS monopole antenna loaded with U-shape stub for UWB MIMOapplications”中就設計了一款微帶線饋電的具有DGS結構的開槽矩形超寬帶平面單極子天線，仿真和實測數據表明天線可以實現3.18-11GHz的阻抗帶寬，但天線尺寸較大，長寬均達到了40mm，并不利于集成。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是：針對現有技術的不足提供一種阻抗帶寬寬、結構簡單、性能穩定、小型化的超寬帶平面單極子天線。仿真數據表明，本發明的天線阻抗帶寬為3.4-55.4GHz，實現了52GHz的超寬帶，覆蓋了S、C、X、Ku、K、Ka、U等相當寬泛的頻段，且在適用的范圍內具有穩定的全向輻射特性。

為實現上述目的，本發明通過以下技術方案來實現：本發明提供一種新型超寬帶平面單極子天線，包括介質基板、輻射貼片、微帶饋線、匹配微帶線和接地貼片單元。其特征在于：所述的輻射貼片、微帶饋線與匹配微帶線均印制在所述介質基板的同一側。所述接地貼片單元印制在所述介質基板的另外一側。所述輻射貼片、微帶饋線、匹配微帶線于接地貼片單元采用金屬結構。所述介質基板為矩形，采用F4B材質。

進一步的，所述微帶饋線采用50Ω標準，其上端與線性漸變微帶線的下端連接，下端則延申到介質基板的下邊緣處。微帶線的特性阻抗z與微帶線的線寬w、介質基板的厚度H、介質基板的相對介電常數εr以及微帶線的線寬T的關系如下：

進一步的，所述匹配微帶線的寬度采用線性漸變設計，以此實現微帶線阻抗連續變化，建立起從50Ω饋電點到天線輸入點的良好的阻抗匹配；匹配微帶線的寬邊與所述微帶饋線的寬度相同并與所述微帶饋線為一體結構；其上端寬度小于下端寬度，其上端連接到所述輻射貼片的下端，滿足阻抗由小到大的變化。