具有带陷特性的超宽带单极子天线的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及天线技术领域，更具体的说，是涉及一种具有带陷特性的超宽带单极子天线。
【背景技术】
[0002]近年来，无线通信发展十分迅速，与之相关的无线通信技术、通信系统、通信设备等也成为研宄的焦点。加上可穿戴设备及技术的日新月异，应用于如以人体为中心的无线通信系统、植入式医疗设备等领域的可穿戴天线越来越受到重视。但是，随着基于无线应用雪崩式的出现，频带资源的紧张、频带利用率低、工作带宽窄、不同设备或天线的工作频带发生重叠等问题也同样不能忽视，这都影响到天线的可靠性和无线通信系统的实用性。
[0003]2002年，美国联邦通信委员会(FCC)发布了新的宽带通信系统规范，目的是缓解频带资源的紧张以及应对高速通信的需求，将3.1 - 10.6GHz频段分配给超宽带通信使用，宽带及超宽带技术将广泛用于工业、医学、民用生活等领域。在宽带及超宽带系统中，天线的小型化、低成本、制作简单化、易于集成等特点将作为评价天线实用性和性价比的标准。相应的，所设计的可穿戴天线也要努力满足宽带通信的需求。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种具有陷波特性的超宽带单极子天线，该天线在3.3 - 3.7GHz和3.7 - 4.2GHz两个频段产生带陷特性，有效地抑制了WiMAX (有效工作频段为3.3 -3.7GHz)和C波段卫星通信(下行频段为3.7 -4.2GHz)这两个窄带系统对超宽带系统产生的干扰，该天线尺寸小、结构简单、易于制作，适于无线通信系统及设备，是最近电磁领域、可穿戴设备领域研宄的热点，有极大的发展前景。
[0005]本发明的目的是通过以下技术方案实现的:
[0006]具有带陷特性的超宽带单极子天线，包括接地板、介质基板、馈电网络和辐射贴片，所述接地板为矩形结构，接地板设于介质基板一侧，介质基板另一侧设有相互连接的馈电网络和辐射贴片，所述辐射贴片上刻蚀有H形槽和十字形槽；所述馈电网络由微带线构成。
[0007]所述H形槽和十字形槽的槽宽分别为0.5mm和1mm。
[0008]所述介质基板由环氧树脂材料制成。
[0009]所述介质基板的相对介电常数为4.4，其介电损耗正切值为0.02。
[0010]所述介质基板的厚度为0.8 - 1.8mm。
[0011]所述介质基板的长和宽分别为28mm和25mm。
[0012]与现有技术相比，本发明的技术方案所带来的有益效果是:
[0013]1.本发明天线的辐射贴片上刻蚀有H形槽和十字形槽，这两个槽的形状结构可以改变贴片上电流的分布特性，不仅可以提高高频，影响中频，还可以在低频附近产生所需要的陷波特性；另外，还可以通过调节开槽的长度、宽度及这两个开槽的距离，对所要抑制的频段进行调节。
[0014]2.本发明天线经过仿真分析，得到该天线带宽为3.09 -10.71GHz，在3.3 -4.5GHz频段产生带陷特性，除此频段，该天线在有效带宽内回波损耗小于-10dB，电压驻波比VSWR<2 ;在3.3 - 4.5GHz频段产生的带陷特性，能很好的抑制WiMAX(有效工作频段为3.3 - 3.7GHz)及C波段卫星通信(有效工作频段为3.7 - 4.2GHz)这两个窄带系统对超宽带系统产生的干扰，从而提高了该天线的实用性和可靠性。
[0015]3.发明天线采用微带线作为馈电网络，是基于一维微带线的典型结构设计得到一种新颖的、小型化的、具有陷波特性的超宽带天线；并且具有良好的辐射性能，满足了超宽带系统对天线设计的要求。
【附图说明】
[0016]图1是本发明天线的俯视结构示意图。
[0017]图2是本发明天线的侧视结构示意图。
[0018]图3本发明具体实施例的结构尺寸示意图。
[0019]图4是本发明天线中辐射贴片在不同开槽状态下的回波损耗仿真结果。
[0020]图5a、图5b和图5c为本发明天线分别在3.2GHz、6.5GHz和9.5GHz三个频率处的辐射方向图。
[0021]附图标记:1_接地板2-介质基板3-馈电网络4-辐射贴片5-H形槽6_十字形槽
【具体实施方式】
[0022]下面结合附图对本发明作进一步的描述。
[0023]如图1和图2所示:一种具有带陷特性的超宽带单极子天线，包括接地板1、介质基板2、馈电网络3和辐射贴片4，接地板I是与介质基板2等宽度的窄矩形结构，介质基板2由常用的FR4(环氧树脂)板材料做成，其相对介电常数为4.4，损耗正切值为0.02，本实施例中的天线是通过蚀刻方法制作在长、宽、高分别为28mm、25mm和1.6mm的介质基板2上，其中接地板I印刷于介质基板2的一侧，介质基板2的另一侧印刷有馈电网络3和辐射贴片4，馈电网络3由微带线构成，馈电网络3和辐射贴片4相互连接，辐射贴片4上设有H形槽5和十字形槽6。本发明天线采用侧馈方式，输入阻抗为50欧姆。
[0024]如图3所示:该图表示的是本发明天线经过优化设计后的具体尺寸参数，单位均为毫米，其中H形槽5和十字形槽6的槽宽分别为0.5mm和1mm，介质基板2的厚度为1.6_。
[0025]如图4所示:
[0026](I)只刻蚀H形开槽时，天线的带宽为3.09 - 10.0GHz,在3.2 - 4.45GHz及5.7 -7.8GHz两个频段有陷波特性，牺牲了 5.7 -7.8GHz的频带，且最高频率为10.0GHz,达不到超宽带要求的10.6GHzο
[0027](2)只刻蚀十字形开槽时，天线的带宽为3.9 - 10.4GHz，在5.7 - 7.5GHz及8.8-9.7GHz两个频段有陷波特性，不符合设计目的及要求，且不能覆盖3.1 -10.6GHz的超宽带要求范围。
[0028](3)没有刻蚀十字形及H形开槽时，天线的带宽为4.15-10.4GHz，在5.5-8.1GHz一个频段有陷波特性，不符合设计目的及要求，也不能覆盖3.1 - 10.6GHz的超宽带范围。
[0029](4)同时刻蚀十字形开槽及H形开槽时，天线的带宽为3.09 - 10.71GHz，在3.3 -4.5GHz频段有陷波特性，同时包含了所要抑制的3.3 -3.7GHz及3.7 -4.2GHz两个频段，符合设计目的及要求，能完全覆盖3.1 -10.6GHz的超宽带范围。可见，当天线同时有两个不同形状及宽度的开槽时，该两个开槽的结构可以改变贴片上电流的分布特性，不仅可以提高高频，影响中频，还可以在低频附近产生所需要的陷波特性；另外，还可以通过调节开槽的长度、宽度及两个开槽的距离，对所要抑制的频段进行调节。
[0030]经过仿真分析，得到天线带宽为3.09-10.71GHz，在3.3 -4.5GHz频段产生带陷特性，除此频段，天线在有效带宽内回波损耗小于-10dB，电压驻波比VSWR〈2。在3.3 -4.5GHz频段产生的带陷特性，能很好的抑制WiMAX (有效工作频段为3.3 - 3.7GHz)及C波段卫星通信(有效工作频段为3.7 -4.2GHz)这两个窄带系统对超宽带系统产生的干扰，从而提高了该天线的实用性。
[0031]由图4还可看出，在除了带陷频段的有效带宽内，天线回波损耗均在-1OdB以下，在3.2,8.2、10.0GHz频率附近甚至达到了 - 21、- 22、- 23dB,达到了良好的阻抗匹配。
[0032]由图5a至图5c可知，天线在E面和H面的辐射方向图分别呈近似“8”字形及接近全向辐射的特性；其中E面是指与电场方向平行的方向图切面出面是指与磁场方向平行的方向图切面。
【主权项】
1.具有带陷特性的超宽带单极子天线，包括接地板、介质基板、馈电网络和辐射贴片，其特征在于，所述接地板为矩形结构，接地板设于介质基板一侧，介质基板另一侧设有相互连接的馈电网络和辐射贴片，所述辐射贴片上刻蚀有H形槽和十字形槽；所述馈电网络由微带线构成。2.根据权利要求1所述的具有带陷特性的超宽带单极子天线，其特征在于，所述H形槽和十字形槽的槽宽分别为0.5mm和1mm。3.根据权利要求1所述的具有带陷特性的超宽带单极子天线，其特征在于，所述介质基板由环氧树脂材料制成。4.根据权利要求1或3所述的具有带陷特性的超宽带单极子天线，其特征在于，所述介质基板的相对介电常数为4.4，其介电损耗正切值为0.02。5.根据权利要求1或3所述的具有带陷特性的超宽带单极子天线，其特征在于，所述介质基板的厚度为0.8 - 1.8mm。6.根据权利要求1或3所述的具有带陷特性的超宽带单极子天线，其特征在于，所述介质基板的长和宽分别为28mm和25mm。
【专利摘要】本发明公开了一种具有带陷特性的超宽带单极子天线，包括接地板、介质基板、馈电网络和辐射贴片，所述接地板为矩形结构，接地板设于介质基板一侧，介质基板另一侧设有相互连接的馈电网络和辐射贴片，所述辐射贴片上刻蚀有H形槽和十字形槽；所述馈电网络由微带线构成。该天线在3.3‐3.7GHz和3.7‐4.2GHz两个频段产生带陷特性，有效地抑制了WiMAX(有效工作频段为3.3‐3.7GHz)和C波段卫星通信(下行频段为3.7‐4.2GHz)这两个窄带系统对超宽带系统产生的干扰，该天线尺寸小、结构简单、易于制作，适于无线通信系统及设备，是最近电磁领域、可穿戴设备领域研究的热点，有极大的发展前景。
【IPC分类】H01Q1/50, H01Q1/38, H01Q1/52
【公开号】CN104900996
【申请号】CN201510218287
【发明人】金杰, 张强, 刘青爽, 李茜
【申请人】天津大学
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年4月30日