一种单陷波超宽带微带天线

1.本技术涉及超宽带微带天线技术领域，特别是涉及一种单陷波超宽带微带天线。


背景技术：

2.随着无线通信技术的日益发展，通信环境日益复杂，为了满足多方面的通信需求，通信系统朝着宽频带、大容量、多功能的方向发展。天线是无线通信系统的重要器件，所有发送和接收电磁波都要经过天线，可以说天线的质量直接影响无线通信系统性能整体的优劣。为了顺应现代无线通信技术的发展需求，超宽带(uwb)通信系统因其具有高传输速率、高容量、低检测和高分辨率等优点，恰好可以满足通信系统的大容量、多连接数、高速度的需求，广泛应用于汽车雷达、高分辨率成像、物联网和军用通信等领域。
3.然而，目前在超宽带频率范围(3.1—10.1ghz)内，频带为5.15-5.825ghz的无线局域网(wlan)也在超宽带的定义范围，这些窄带的干扰信号就不可避免的会造成对超宽带的整体工作性能造成很大的电磁干扰，所以设计超宽带系统就必须避免上述频段，那么就要求超宽带通信系统的天线具有上述频段的陷波特性，以抑制干扰频段对超宽带天线工作的干扰。
4.目前，超宽带类型的天线分为介质谐振器天线、印刷单极子天线、印刷缝隙天线以及平面单极天线。其中，微带贴片天线由于体积小、成本低、重量小、制造简单以及易于集成等优点，被认为是实现超宽带天线的最佳选择。而在超宽带微带天线上实现陷波是目前针对超宽带通信系统抑制wlan的窄频带信号干扰的最佳手段。因此，近些年国内外涌现了不少关于超宽带陷波微带天线的成果。超宽带微带天线实现陷波的方法主要分为三类：在天线结构中刻蚀不同的缝隙和凹槽；采用分形结构；引入寄生谐振单元。
5.现有技术中，超宽带陷波微带天线主要面临2个方面的问题：
6.1、大多数超宽带陷波微带天线的工作频段不够宽。
7.2、大部分超宽带陷波微带天线结构的几何形状较为复杂，并且在高频段出现不稳定的辐射方向图，进而可能会对天线的工作性能造成影响。
8.综上所述，现有具有陷波功能的超宽带微带天线在频段范围、结构性能灵活性、辐射特性等方面仍然存在一定的局限性。


技术实现要素：

9.基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种单陷波超宽带微带天线，能够工作在较宽的频段，且结构简单、辐射性能稳定并易于集成。
10.一种单陷波超宽带微带天线，包括：辐射结构、馈电微带线、谐振器、介质层和地板；
11.所述介质层为矩形结构；所述辐射结构、所述馈电微带线和所述谐振器均加载在所述介质层的正面；所述地板加载在所述介质层的背面；
12.所述谐振器用于覆盖wlan频段的陷波；
13.所述地板呈矩形结构，所述地板的宽度与所述介质层的宽度相等，所述地板的高度与所述馈电微带线的高度相等，使所述地板的三条边与所述介质层的三条边重合。
14.在其中一个实施例中，所述地板的顶边上设有天线槽。
15.在其中一个实施例中，所述天线槽固定设在所述地板的顶边的中央位置。
16.在其中一个实施例中，所述地板的顶边的两端设有对称的弧形切槽。
17.在其中一个实施例中，所述辐射结构为圆片形，且所述辐射结构的一端与所述馈电微带线相连。
18.在其中一个实施例中，所述谐振器的数量为两个以上，并分别加载在所述馈电微带线的两侧。
19.在其中一个实施例中，所述谐振器与所述馈电微带线的距离范围是0.1mm至0.5mm。
20.在其中一个实施例中，所述谐振器呈设有开口的方环结构。
21.在其中一个实施例中，所述谐振器的数量为一个以上，并沿竖直方向加载在所述馈电微带线上。
22.上述单陷波超宽带微带天线，针对目前具有陷波特性的超宽带微带天线的工作频段不够宽的技术问题，通过设置具有弧形边的辐射贴片和地板，并在地板上设置天线槽和切槽，可以有效的引导电磁波，使其沿弧形边的缝隙进行路径传播，从缝隙中渐进辐射到空间，实现了天线在1.37ghz—11.82ghz的超宽带范围的工作性能，工作频段已经超过美国联邦通信委员会批准的的uwb(ultra wide band,3.1ghz—10.6ghz)规定的超宽带范围，实现更宽的超宽带，并表现出全向性；且结构简单，辐射性能稳定，易于集成，可以广泛应用于无线通信、物联网、雷达等多个应用领域，工程应用前景广阔。
附图说明
23.图1为一个实施例中单陷波超宽带微带天线的正面示意图；
24.图2为一个实施例中单陷波超宽带微带天线的背面示意图。
25.附图说明：
26.辐射结构1，馈电微带线2，谐振器3，介质层4，地板5，天线槽6，切槽7。
具体实施方式
27.为了使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本技术进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。
28.基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
29.需要说明，本技术实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后
……
)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
30.另外，在本技术中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本技术的描述中，“多组”的含义是至少两组，例如两组，三组等，除非另有明确具体的限定。
31.在本技术中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接，还可以是物理连接或无线通信连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
32.另外，本技术各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本技术要求的保护范围之内。
33.如图1至图2所示，本技术提供的一种单陷波超宽带微带天线，在一个实施例中，包括：辐射结构1、馈电微带线2、谐振器3、介质层4和地板5；
34.介质层4为矩形结构；辐射结构1、馈电微带线2和谐振器3均加载在介质层4的正面；地板5加载在介质层4的背面；
35.谐振器3用于覆盖wlan频段的陷波；
36.地板5呈矩形结构，地板5的宽度与介质层4的宽度相等，地板5的高度与馈电微带线2的高度相等，使地板5的三条边与介质层4的三条边重合。
37.在本实施例中，辐射结构1的一端与馈电微带线2相连，采用金属材质。
38.本实施例不限制辐射结构1的形状和尺寸，具体可以根据实际情况灵活设置。例如：圆形、圆环形、椭圆形、椭圆环形等。优选地，辐射结构呈圆片形，由直径为53.29mm的圆形金属贴片构成，厚度为0.018mm。圆形的辐射结构可保证天线整体性能不下降，保证工作频带和辐射性能不受影响。
39.馈电微带线2的长度为16.42mm，宽度为7.47mm，采用金属材质，以实现馈电。馈电微带线2的长边可以竖直摆放，也可以水平摆放。
40.电磁波接头一端的内导体在馈电微带线2上，沿竖直方向焊接，另一端的引脚焊在馈电微带线2的反面(地板)。
41.介质层4的厚度为3.048mm，采用f4b材料，介电常数为2.94，损耗角正切为0.001。
42.本实施例的工作过程是：电磁波从接头传入馈电微带线，沿着馈电微带线的两边传递到辐射结构，并沿辐射结构的弧形边传播到空气中，使波过渡转变为空间辐射波，并产生全向性和宽带的效果。
43.上述单陷波超宽带微带天线，针对目前具有陷波特性的超宽带微带天线的工作频段不够宽的技术问题，通过设置具有弧形边的辐射贴片和地板，并在地板上设置天线槽和切槽，可以有效的引导电磁波，使其沿弧形边的缝隙进行路径传播，从缝隙中渐进辐射到空间，实现了天线在1.37ghz—11.82ghz的超宽带范围的工作性能，工作频段已经超过美国联邦通信委员会批准的的uwb(ultra wide band,3.1ghz—10.6ghz)规定的超宽带范围，实现更宽的超宽带，并表现出全向性；且结构简单，辐射性能稳定，易于集成，可以广泛应用于无线通信、物联网、雷达等多个应用领域，工程应用前景广阔。
44.在其中一个实施例中，地板5的顶边上设有天线槽6，地板5的顶边的两端设有对称的弧形切槽7。
45.在本实施例中，地板5采用金属材质。
46.本实施例不限制天线槽6的形状、位置和尺寸，具体可以根据实际情况和需要进行设置。例如：矩形槽、方形槽、弧形槽、异形槽等。又例如：天线槽设在顶边偏左，天线槽设在顶边中央等。
47.优选地，天线槽6为弧形槽，并固定设在地板5的顶边的中央位置。
48.本实施例不限制弧形切槽7的形状和尺寸，具体可以根据实际情况和需要尽心设置。例如：1/4圆弧形、一段椭圆弧形、抛物线弧形、普通弧形等。
49.优选地，金属地板5是由长度为60mm，宽度为15.81mm的矩形贴片分别在两边裁剪半径为5mm的1/4圆弧切角以及在地板中央开有长为6mm，宽有5mm的天线槽形成的。
50.弧形切槽是周期对称的，是一种人工对称超材料结构，可以更好的展开频带，改善阻抗匹配。
51.通过在地板中央开槽和双边切槽的方法，可以引导表面电流走向，显著改善阻抗匹配，从而提高天线的阻抗带宽，实现工作频带在1.37ghz—11.82ghz范围的超带宽的工作性能。
52.在其中一个实施例中，谐振器3为开口谐振环。开口谐振环是非互补的非金属谐振环。通过合理地设置开口谐振环的尺寸，可以使陷波频率落在wlan频段内。
53.本技术不限制开口谐振环的具体形状、尺寸、位置、方向和数量，具体可以根据实际情况灵活设置。例如：方环形、波浪形等。又例如：开口谐振环加载在馈电微带线的两侧，开口谐振环沿竖直方向加载在馈电微带线上。又例如：开口谐振环的开口朝向馈电微带线、开口谐振环的开口朝向辐射结构等。又例如：开口谐振环有两个、四个等。
54.优选地，两个以上开口谐振环沿竖直方向加载在馈电微带线上，用于覆盖wlan频段的陷波。
55.优选地，开口谐振环有两个，两个开口谐振环呈大小一样的方形，且对称加载在馈电微带线的两侧，开口均朝向馈电微带线即面对面设置，内径为5mm，外径为7mm。
56.开口谐振环与馈电微带线的距离范围是0.1mm至0.5mm。优选地，开口谐振环与馈电微带线的距离是0.2mm。
57.当开口谐振环与馈电微带线的间距为0.2mm时，可以增强耦合效果，陷波也会更加明显，并利于整体天线的性能和加工。
58.开口谐振环可以使天线的电流集中在开口谐振环周围，通过加载两个同样大小的开口谐振环可以增强谐振的强度，束缚表面电流的效果也会更加明显。
59.开口谐振环，在本质上是利用引入谐振器单元产生陷波，或者改变天线上的辐射单元上的电流分布，来实现天线的陷波。开口谐振环的设置，可以很好的抑制多方面窄带频谱信号的干扰，有效抑制wlan窄带频谱信号对超宽带通信系统的信号干扰，实现天线在wlan频段的陷波。
60.在本实施例中，本发明通过圆形贴片的微带天线和在地板上开槽的方式实现了天线的超宽带(1.37ghz—11.82ghz)，同时，通过在馈电微带线两侧加载大小相同的开口谐振环实现了位于wlan频段内的单陷波，天线在位于wlan频段陷波频点处增益极低，辐射性能几乎完全被抑制，辐射方向图稳定；而且，该天线几何形状简单，辐射性能稳定，成本低，易于集成，可广泛应用于超宽带无线通信领域、雷达成像以及物联网等领域。
61.以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
62.以上所述实施例仅表达了本技术的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本技术的保护范围。因此，本技术专利的保护范围应以所附权利要求为准。