技术领域

[0001] 本发明涉及微波通信技术领域， 尤其涉及一种具有陷波特性的可重构超宽带单 极天线。

背景技术

[0002] 自从 2002年联邦通讯委员会公布 3.1~10.6 GHz频段应用于商业领域以来， 具有 高数据传输率、 低成本、 低功耗、 抗干扰能力强的超宽带 （UWB) 通信系统得 到迅速发展， 超宽带天线成为近年来国际学者的研究热点。 然而， UWB频带中 包括 WLAN和 WiMAX等频段， 它们之间可能会产生一定的干扰。 现有技术中往 往通过陷波来解决这个技术问题， 通常超宽带天线实现陷波都是在天线上加载 辐射缝隙或者谐振枝节， 这样就很难保证完整的 UWB性能。

[0003] 因此， 需要一种具有陷波特性的可重构超宽带单极天 线。

技术问题

[0004] 本发明的目的在于提供一种具有陷波特性的可 重构超宽带单极天线， 旨在解决 现有技术中的天线难以保证完整的 UWB性能， 天线尺寸大的问题。

问题的解决方案

技术解决方案

[0005] 为实现上述目的， 本发明提供了一种具有陷波特性的可重构超宽 带单极天线， 包括辐射单元、 微带馈线、 介质基板和接地板， 其中： 所述辐射单元、 微带馈 线设置在介质基板的上表面， 所述接地板设置在介质基板的下表面； 所述辐射 单元包括等腰梯形区和与等腰梯形区的下底等 宽并连接的矩形区， 所述矩形区 上设有幵口朝向等腰梯形区的下底的圆弧缝隙 ； 所述圆弧缝隙上设置有若干个 射频幵关； 所述辐射单元的等腰梯形区的上底与微带馈线 连接。

[0006] 其中， 所述圆弧缝隙设在辐射单元电流最强的位置。

[0007] 其中， 所述辐射单元的等腰梯形区的下底与接地板的 宽度相同。

[0008] 其中， 所述介质基板为相对介电常数为 4.4， 厚度为 1.6mm的 FR4介质基板。 [0009] 其中， 所述圆弧缝隙关于辐射单元的等腰梯形区的中 心线左右对称； 所述微带 馈线关于辐射单元的等腰梯形区的中心线左右 对称。

[0010] 其中， 所述辐射单元的矩形区的大小为 20mmx6.5mm; 所述辐射单元的等腰梯 形区的上底为 10mm， 下底为 20mm， 高为 3mm。

[0011] 其中， 所述圆弧缝隙的内弧的弦长为 12mm， 内弧的弓高为 4mm; 所述圆弧缝 隙的宽度为 lmm， 圆弧缝隙的半径为 7mm。

[0012] 其中， 所述微带馈线的宽度为 3mm， 长度为 15.5mm。

[0013] 其中， 所述圆弧缝隙的内弧的弦与辐射单元等腰梯形 区的上底的距离为 4.5mm

[0014] 其中， 所述射频幵关为 PIN二极管。

发明的有益效果

有益效果

[0015] 本发明的具有陷波特性的可重构超宽带单极天 线中的等腰梯形区使得辐射单元 具有两个切角， 且该两个切角关于微带馈线左右对称， 实现了超宽带； 此外， 本发明的具有陷波特性的可重构超宽带单极天 线通过在辐射单元上蚀刻出的圆 弧缝隙而产生陷波， 然后可进一步通过控制设置在圆弧缝隙上的若 干个射频幵 关的通断改变缝隙的谐振长度， 进而改变天线的谐振频率， 实现陷波的按需可 重构， 并最终在保证本发明的具有陷波特性的可重构 超宽带单极天线的完整 UW B性能的同吋实现了天线的小型化。

对附图的简要说明

附图说明

[0016] 图 1是本发明第一实施例中的具有陷波特性的可� �构超宽带单极天线的俯视示 意图。

[0017] 图 2是本发明第一实施例中的具有陷波特性的可� �构超宽带单极天线的纵向剖 视示意图。

[0018] 图 3是本发明一具体实施例中优化后的具有陷波� �性的可重构超宽带单极天线 各个状态仿真的反射系数曲线图。

[0019] 图 4是本发明一具体实施例中优化后的具有陷波� �性的可重构超宽带单极天线 各个状态仿真的驻波比曲线。

实施该发明的最佳实施例

本发明的最佳实施方式

[0020] 下面结合具体实施例对本发明做进一步的详细 说明， 以下实施例是对本发明的 解释， 本发明并不局限于以下实施例。

[0021] 本发明提出第一实施例， 如图 1、 2所示， 一种具有陷波特性的可重构超宽带单 极天线， 包括辐射单元 1、 微带馈线 2、 介质基板 3和接地板 4。 所述辐射单元 1、 微带馈线 2设置在介质基板 3的上表面， 所述接地板 4设置在介质基板 3的下表面 ； 所述辐射单元 1包括等腰梯形区 11和与等腰梯形区 11的下底等宽并连接的矩形 区 12， 所述矩形区 12上设有幵口朝向等腰梯形区 11的下底的圆弧缝隙 121， 所述 圆弧缝隙 121关于辐射单元 1的等腰梯形区 11的中心线左右对称； 所述圆弧缝隙 1 21上设置有若干个射频幵关 （图 1中以 3个为例进行说明， 分别是 Sl、 S2、 S3) ； 所述射频幵关为 PIN二极管； 所述辐射单元 1的等腰梯形区 11的上底与微带馈 线 2连接， 所述微带馈线 2关于辐射单元 1的等腰梯形区 11的中心线左右对称； 所 述辐射单元 1的等腰梯形区 11的下底与接地板 4的宽度相同。

[0022] 本发明的具有陷波特性的可重构超宽带单极天 线中的等腰梯形区 11使得辐射单 元 1具有两个切角， 且该两个切角关于微带馈线 2左右对称， 实现了超宽带； 所 述辐射单元 1的等腰梯形区 11的下底与接地板 4的宽度相同， 使得本发明的天线 具有结构紧凑、 辐射性能稳定； 此外， 本发明的天线通过在辐射单元 1上蚀刻出 的圆弧缝隙 121而产生陷波， 然后可进一步通过控制设置在圆弧缝隙 121上的若 干个射频幵关的通断改变圆弧缝隙 121的谐振长度， 进而改变天线的谐振频率， 实现陷波的按需可重构， 并最终在保证本发明的具有陷波特性的可重构 超宽带 单极天线的完整 UWB性能的同吋实现了天线的小型化。

[0023] 另外， 还可进一步将所述圆弧缝隙 121设在辐射单元 1电流最强的位置， 同吋使 整个具有陷波特性的可重构超宽带单极天线关 于其纵向中心线左右对称， 使得 本发明的天线具有更好的匹配。

[0024] 在第一实施例的基础上， 本发明提出一具体实施例， 所述介质基板 3为相对介 电常数为 4.4， 厚度为 1.6mm的矩形 FR4介质基板； 所述辐射单元 1、 微带馈线 2、 接地板 4均为铜片； 所述辐射单元 1、 微带馈线 2、 接地板 4、 圆弧缝隙 121均是通 过蚀刻的方法在介质基板 3上下表面的铜片上形成的。

[0025] 在上述具体实施例的替代实施例中， 所述辐射单元 1、 微带馈线 2和接地板 4还 可通过转印的方式设置在介质基板 3上。

[0026] 利用仿真软件 CST对上述具体实施例进行仿真分析， 如图 1所示， 具有陷波特 性的可重构超宽带单极天线优化后的参数如下 ， W (辐射单元、 接地板和介质基 板的宽） =20mm, L (接地板的长） =14mm， L1 (辐射单元的矩形区的长） =6.5 mm, L2 (辐射单元的上边缘和接地板上边缘的距离） =l lmm， L3 (辐射单元的 等腰梯形的高） =3mm， rl (圆弧缝隙的内弧的弦长） =12mm， r2 (圆弧缝隙的 内弧的弓高） =4mm， r3 (圆弧缝隙的宽度） =lmm， r4 (圆弧缝隙的内弧的弦和 辐射单元的等腰梯形区的上底的距离） =4.5mm， d (辐射单元的等腰梯形区的上 底和接地板的上边缘之间的距离） =1.5mm， ws (微带馈线的宽） =3mm， wl ( 辐射单元的等腰梯形区的上底中处于微带馈线 右边的长度） =3.5mm。

[0027] 即， 微带馈线 2的长为 15.5mm; 辐射单元 1的切角的形状为直角三角形， 该直 角三角形的两个直角边分别是 3.5mm和 5mm; 圆弧缝隙 121的半径为 7mm。

[0028] 表 1给出了本发明的天线的具体工作状态。

[] [表 1]

[0029]

[0030] 表 1具有陷波特性的可重构超宽带单极天线的具� �工作状态

[0031] 图 3给出了上述具体实施例中优化后的具有陷波� �性的可重构超宽带单极天线 各个状态仿真的反射系数曲线。 如图 3所述， 当三个幵关都断幵 （off) ， 即 State 1吋， 天线有良好的超宽带性能， 工作频段 （反射系数小于 -10dB) 为 3.1~10.7G Hz, 完全覆盖了超宽带的工作频段 （3.1~10.6GHz) ； 当只有 S3导通 （on) ， 即 State2日寸， 天线有很好的陷波特性， 工作频段为 3.15~3.96GHz; 当 S2和 S3导通而 S1断幵， 即 State3吋， 缝隙的有效长度减小， 阻带频率稍微向高频移动， 天线工 作频段为 3.57~4.32GHz; 当 SI和 S3导通而 S2断幵， 即 State4吋， 天线工作频段为 4.65~5.96GHz。 因此， 通过控制射频幵关的通断改变缝隙的谐振长度 ， 能够改变 天线的谐振频率， 实现陷波的按需可重构； 而且本发明的具有陷波特性的可重 构超宽带单极天线的匹配较现有技术更佳。

[0032] 图 4给出了优化后天线各个状态的驻波比曲线。 如图 4所示， 驻波比小于 2的工 作频段覆盖了超宽带的工作频段范围， 陷波频段分别覆盖了 3.4~3.69

GHz、 3.7~4.2 GHz和 5.2 5.875 GHz。

[0033] 需要说明的是， 上述具体实施例中的射频幵关的数量和位置可 根据具体所需的 陷波需求进行相应设计， 射频幵关的数量越多， 可重构出的陷波特性越丰富； 另外， 当 d (辐射单元的等腰梯形区的上底和接地板的上� �缘之间的距离） 在 0~ 2mm之间吋， 且均可使本发明的天线具有较好的匹配， d优选为 1.5mm。

[0034] 综上， 本发明的具有陷波特性的可重构超宽带单极天 线具有完整的 UWB性能 ， 且可通过控制设置在圆弧缝隙上的若干个射频 幵关的通断改变缝隙的谐振长 度， 进而改变天线的谐振频率， 实现陷波的按需可重构， 同吋实现了天线的小 型化。

[0035]

[0036] 以上仅为本发明的优选实施例， 并非因此限制本发明的专利范围， 凡是利用本 发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效 流程变换， 或直接或间接运用在 其他相关的技术领域， 均同理包括在本发明的专利保护范围内。

工业实用性

[0037] 本发明的具有陷波特性的可重构超宽带单极天 线中的等腰梯形区使得辐射单元 具有两个切角， 且该两个切角关于微带馈线左右对称， 实现了超宽带； 此外， 本发明的具有陷波特性的可重构超宽带单极天 线通过在辐射单元上蚀刻出的圆 弧缝隙而产生陷波， 然后可进一步通过控制设置在圆弧缝隙上的若 干个射频幵 关的通断改变缝隙的谐振长度， 进而改变天线的谐振频率， 实现陷波的按需可 重构， 并最终在保证本发明的具有陷波特性的可重构 超宽带单极天线的完整 uw

B性能的同吋实现了天线的小型化。