一种高共模抑制的高阻带差分超宽带sir缝隙天线的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及无线通信技术领域，特别涉及一种高共模抑制的高阻带差分超宽带SIR缝隙天线。
技术背景
[0002]随着无线通信技术的发展，无线通信系统对射频器件的小型化、高集成度需求越来越强烈。目前，射频电路通常采用差分技术传输信号，很多射频前端器件能够直接集成到收发器芯片上。但是传统天线大多数被设计为单端口器件，不能直接与差分电路集成，通常需要采用巴伦把差分信号转换为单端口信号然后馈入天线。巴伦的使用会造成损耗，使系统效率降低，也增加了独立器件的数量，不利于系统高度集成和小型化。差分天线将天线设计为双端口形式，直接把差分信号馈进天线的两个端口，可以直接与差分电路集成，减少了巴伦器件的使用，提高系统效率，同时也为设计高集成度的射频前端器件提供了更好的解决方案。
[0003]差分信号也称为差模信号，是指一对幅度相等相位相反的传输信号，差分电路采用差分信号传输有用的射频信号。共模信号是作用于差分信号线上的一对幅度相等相位也相同的信号，共模信号往往来自于外部的干扰。理论上，差分传输电路对共模信号具有良好的抗干扰特性。但实际中，由于各种因素，仍然会有部分外部干扰产生的共模信号被传输到差分天线上。如果差分天线没有共模抑制特性，外部干扰产生的共模信号就会像有用的差分信号一样被辐射或者接收，这会对系统产生很大的干扰。因此具有共模抑制特性的差分天线更适合与差分电路集成，更具有竞争力。但是目前没有出现具有共模抑制特性的差分超宽带天线。
[0004]超宽带系统（UWB，Ultra-Wideband)工作频率从3. lGHz-10. 6GHz，这与其他的无线通信系统如无线局域网WLAN的5. 2GHz/5. 8GHz以及全球微波互联接入系统WiMAX的
5.5GHz频段产生了重叠，为了不产生通信互扰，就有必要在这些频段实现陷波特性。在目前具有陷波特性的超宽带天线中，大多数利用单个谐振结构实现单个陷波特性，这样产生的陷波特性矩形度差，效果不好，不能在陷波频带内有效避免与其他通信系统的互扰。
[0005]2011 年，Zhi-An Zheng, Qing-Xin Chu和Zhi-Hong Tu等人在“IEEE TRANSACTIONSON ANTENNAS AND PROPAGATION”发表题为“Compact Band-Rejected Ultrawideband SlotAntennas Inserting With A/2and A/4Resonators” 的文章中，使用传统的单端口天线设计方法，采用微带线馈电方式，对地面上的阶梯型SIR缝隙进行馈电，实现了超宽带工作。分别在地面上刻蚀半波长和四分之一波长的缝隙，设计了两款在5GHz-6GHz具有陷波特性的天线。但由于两款天线没有采用差分馈电设计，均不易与差分电路集成，而且两款天线实现的陷波特性矩形度均不好。
[0006]2012 年，Li Li, Jing Yang, Xinwei Chen, Xiaowei Zhang 等人在 “IEEETRANSACTIONS ON ANTENNAS AND PROPAGATION”发表题为“Ultra-Wideband Differentialffide-Slot Antenna With Improved Radiation Patterns and Gain” 的文章中，米用差分微带线馈电方式，利用对称辐射贴片对宽缝隙进行馈电，实现了超宽频带通信。但该文章中的差分天线既没有共模抑制特性，也没有实现陷波特性。
【发明内容】
[0007]本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种高共模抑制的高阻带差分超宽带SIR缝隙天线。
[0008]本发明的目的通过如下技术方案实现:
[0009]一种高共模抑制的高阻带差分超宽带SIR缝隙天线，包括介质基板还包括设置在介质基板正面的微带馈线、相互对称的第一差分馈电端口和第二差分馈电端口，所述第一差分馈电端口、第二差分馈电端口与所述微带馈线的两端连接所围成的区域内设有谐振枝节，所述谐振枝节的一部分与所述微带馈线平行设置；还包括刻蚀在介质基板背面的矩形地面上的阶梯型SIR缝隙、相互对称的第一谐振缝隙和第二谐振缝隙，所述阶梯型SIR缝隙通过所述微带馈线馈电，第一谐振缝隙和第二谐振缝隙相互平行地设置在所述阶梯型SIR缝隙的两侧。
[0010]所述的谐振枝节垂直弯折成三段，呈U字型，其总长度为半波长。
[0011]所述的阶梯型SIR缝隙由两段宽度与长度都不同的缝隙连接构成，与所述微带馈线垂直的设置在位置相对应的介质基板背面上。
[0012]所述的第一谐振缝隙和第二谐振缝隙长度皆为四分之一波长。
[0013]本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果:
[0014]1、与传统单端口 UWB天线相比，本设计采用了差分馈电设计，具有两个馈电端口，不需要通过巴伦器件，直接连接差分电路，故更易与差分电路集成。
[0015]2、与已有差分UWB天线相比，本设计在整个通信频段内具有很高的共模抑制特性。
[0016]3、与多数具有陷波特性的天线相比，本设计实现的陷波特性矩形度高，阻带特性好，消除了 UWB通信系统与WLAN及WiMAX通信系统的互扰。
[0017]4、本设计采用了平面结构，设计简单，体积小，而且成本低。
【附图说明】
[0018]图1为本发明所述的高共模抑制的高阻带差分超宽带SIR缝隙天线的正面结构示意图；
[0019]图2为本发明所述的高共模抑制的高阻带差分超宽带SIR缝隙天线的背面结构示意图；
[0020]图3为本发明所述的高共模抑制的高阻带差分超宽带SIR缝隙天线的结构示意图；
[0021]图4为本发明所述的高共模抑制的高阻带差分超宽带SIR缝隙天线的电磁仿真曲线图。
【具体实施方式】
[0022]下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
[0023]如图1、2、3，一种高共模抑制的高阻带差分超宽带SIR缝隙天线，包括介质基板5，还包括设置在介质基板5正面的微带馈线3、相互对称的第一差分馈电端口 I和第二差分馈电端口 2，所述第一差分馈电端口 I和第二差分馈电端口 2与所述微带馈线3的两端连接所包围的区域内设有谐振枝节4，所述谐振枝节4的中间部分与微带馈线3平行设置；还包括刻蚀在介质基板5背面的矩形地面6上的阶梯型SIR缝隙7、相互对称的第一谐振缝隙8和第二谐振缝隙9，所述阶梯型SIR缝隙7通过所述微带馈线3馈电，第一谐振缝隙8和第二谐振缝隙9相互平行地设置在所述阶梯型SIR缝隙7的两侧；
[0024]所述的谐振枝节4垂直弯折成三段，呈U字型，其总长度为半波长；
[0025]所述的阶梯型SIR缝隙7由两段宽度与长度都不同的缝隙连接构成，设置在与所述微带馈线3的位置相对应的介质基板5的背面上；
[0026]所述的第一谐振缝隙8和第二谐振缝隙9的长度皆为四分之一波长；
[0027]所述的介质基板5的相对介电常数为2.55 ；
[0028]所述的微带馈电线和半波长谐振枝节的特性阻抗为50欧姆，方便于馈电匹配。
[0029]当第一差分馈电端口I和第二差分馈电端口 2接受差分信号激励时，微带馈线3上会产生电流，对刻蚀在矩形地面6的阶梯型SIR缝隙7进行馈电，激励起缝隙周围产生电流。阶梯型SIR缝隙7可以产生多个谐振频段，从而实现超宽带辐射特性。当第一差分馈电端口 I和第二差分馈电端口 2接受共模信号激励时，微带馈线3上不会产生电流，不能激励介质基板5背面的阶梯型SIR缝隙7进行辐射，因此实现了高共模抑制特性。由于单个陷波结构只能实现单一频点附近的陷波特性，且陷波矩形度不好，为了在5GHz-6GHz频段内实现矩形度好的陷波特性，在第一差分馈电端口 I和第二差分馈电端口 2与微带馈线3所包围的区域内引入谐振枝节4，其长度为所需要陷波频率的半波长。又在地面上对称地刻蚀第一谐振缝隙8和第二谐振缝隙9，其长度为所需要陷波频率的四分之一波长。在陷波频率段，谐振枝节4上的电流很强而且与微带线3上的电流相反，而地面上的电流大部分分布在第一谐振缝隙8和第二谐振缝隙9周围，这就造成天线在这些频率点阻抗失配，从而实现陷波特性。
[0030]电磁仿真奇模反射系数曲线如图4所示，由于谐振枝节4和第一谐振缝隙8和第二谐振缝隙9实现的陷波效果耦合在一起，从而在5GHz-6GHz频段内实现了具有良好矩形度的陷波特性。
[0031]上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种高共模抑制的高阻带差分超宽带SIR缝隙天线，包括介质基板，其特征在于:还包括设置在介质基板正面的微带馈线、相互对称的第一差分馈电端口和第二差分馈电端口，所述第一差分馈电端口、第二差分馈电端口与所述微带馈线的两端连接所围成的区域内设有谐振枝节，所述谐振枝节的一部分与所述微带馈线平行设置；还包括刻蚀在介质基板背面的矩形地面上的阶梯型SIR缝隙、相互对称的第一谐振缝隙和第二谐振缝隙，所述阶梯型SIR缝隙通过所述微带馈线馈电，第一谐振缝隙和第二谐振缝隙相互平行地设置在所述阶梯型SIR缝隙的两侧。2.根据权利要求1所述的高共模抑制的高阻带差分超宽带SIR缝隙天线，其特征在于:所述的谐振枝节垂直弯折成三段，呈U字型，其总长度为半波长。3.根据权利要求1所述的高共模抑制的高阻带差分超宽带SIR缝隙天线，其特征在于:所述的阶梯型SIR缝隙由两段宽度与长度都不同的缝隙连接构成，设置在与所述微带馈线的位置相对应的介质基板背面上。4.根据权利要求1所述的高共模抑制的高阻带差分超宽带SIR缝隙天线，其特征在于:所述的第一谐振缝隙和第二谐振缝隙长度皆为四分之一波长。
【专利摘要】本发明公开了一种高共模抑制的高阻带差分超宽带SIR缝隙天线，包括介质基板，还包括设置在介质基板正面的微带馈线、相互对称的第一差分馈电端口和第二差分馈电端口，所述第一差分馈电端口、第二差分馈电端口与所述微带馈线的两端连接所围成的区域内设有谐振枝节，所述谐振枝节的一部分与所述微带馈线平行设置；还包括刻蚀在介质基板背面的矩形地面上的阶梯型SIR缝隙、相互对称的第一谐振缝隙和第二谐振缝隙，所述阶梯型SIR缝隙通过所述微带馈线馈电，第一谐振缝隙和第二谐振缝隙相互平行地设置在所述阶梯型SIR缝隙的两侧。本发明的缝隙天线，具有陷波特性矩形度高，阻带特性好的优点，能够满足小型化，低成本，易于集成在差分电路的要求。
【IPC分类】H01Q1/38, H01Q5/20, H01Q5/364
【公开号】CN104993242
【申请号】CN201510346586
【发明人】李文翱, 涂治红, 褚庆昕
【申请人】华南理工大学
【公开日】2015年10月21日
【申请日】2015年6月18日