差分階梯饋電的高矩形度陷波超寬帶縫隙天線的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型設(shè)及一種差分超寬帶天線，尤其是一種差分階梯饋電的高矩形度陷波 超寬帶縫隙天線，屬于無線移動通信技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，由于無線移動通信的迅猛發(fā)展，人們對新的通信方式提出了更高的要求。 原有的通信頻譜已經(jīng)被許多無線通信系統(tǒng)使用，可用的頻段越來越少。而超寬帶通信技術(shù) (叫tra-wideband，UWB)很好的解決了運(yùn)些問題，它將成為未來短距離無線通信的主流技 術(shù)。超寬帶通信是一種無載波通信技術(shù)，它利用納秒到微秒級的窄脈沖來傳播數(shù)據(jù)，脈沖覆 蓋范圍廣，而且不需要常規(guī)的調(diào)制和變頻技術(shù)，直接送到天線上發(fā)射。因此運(yùn)種通信方式可 W占用非常寬的帶寬，并且功率密度極小，同時還具有傳播距離遠(yuǎn)，抗干擾能力強(qiáng)和保密性 好的特點(diǎn)，能很好的滿足現(xiàn)代通信系統(tǒng)對安全性的要求。UWB的帶寬為3.1-10.6GHz，在整個 頻段內(nèi)與WLAN系統(tǒng)的5.2GHZ/5.8G化和WiMAX的5.5G化產(chǎn)生了重疊，運(yùn)樣就會造成通信干 擾。為了避免運(yùn)種干擾，就需要在超寬帶天線的設(shè)計過程中濾除運(yùn)些頻帶。一種簡單而實用 的解決方法是在超寬帶天線設(shè)計中加入濾波設(shè)計，形成具有陷波特性的UWB天線。在福射體 上開槽或加載諧振器，在地板上開縫或者加載諧振器等都可W達(dá)到一定的陷波作用。但是， 一般一階陷波的頻率選擇性差，不能滿足實際應(yīng)用的需要。采用多個諧振器來設(shè)計二階或 更高階的陷波是UWB天線的一個研究趨勢。
[0003] 隨著無線通信技術(shù)的飛速發(fā)展，也促進(jìn)了緊湊、全集成射頻前端產(chǎn)品成為無線通 信系統(tǒng)的設(shè)計主流。目前，除天線外，大多數(shù)射頻前端都能夠集成到收發(fā)器忍片，大大減少 了分立元件的數(shù)目，降低了無線設(shè)備的成本，天線元與射頻前端的集成日益受到國際學(xué)者 的關(guān)注。由于平衡電路可W大大減小串?dāng)_，射頻前端通常采用差分技術(shù)。天線作為射頻前端 的關(guān)鍵部件之一，大多數(shù)設(shè)計為單端口器件，為了解決單端口天線與射頻前端的集成，通常 采用己侖(平衡不平衡轉(zhuǎn)換器)把差分信號轉(zhuǎn)換為單端信號后饋入單端口天線。但是，己侖 的引入會引起射頻前端損耗，降低系統(tǒng)效率等等一系列問題，也不是全集成的解決方案。差 分天線改變了傳統(tǒng)的單端口設(shè)計方法，設(shè)計為雙端口天線，直接把差分信號饋入到天線的 兩個端口，省去了己倫，為設(shè)計高集成的射頻前端提供了行之有效的解決方案。
[0004] 據(jù)調(diào)查與了解，目前公開的現(xiàn)有技術(shù)如下：
[000引 1)2011 年，James R.Kelly, Peter S.Hall 和 Peter Gardner 等人在"IEEE TRANSACTIONS ON ANTENNAS AND PROPAGATION"上發(fā)表題為。Band-Notched UWB Antenna Inco;rporating a Microstrip Open-Loop Resonator"的文章中，使用傳統(tǒng)的單端口天線 設(shè)計方法，采用共面波導(dǎo)(CPW)饋電的單極子UWB天線，CPW饋電具有較寬的帶寬。值得注意 的是天線的陷波結(jié)構(gòu)一一開環(huán)諧振器加在介質(zhì)板的另外一側(cè)，利用禪合使開環(huán)諧振器達(dá)到 陷波的目的，但是由于文章中采用的是單諧振器結(jié)構(gòu)，只能達(dá)到單陷波特性，陷波矩形度不 夠好。
[0006] 2)2014年，ZM-hong Tu，Wen-Ao L巧PQing-Xin Chu等人在"I邸E ANTENNAS AND WIRELESS PROPAGATION LETTERS"發(fā)表題為 "Single-Layer Differential CPW-Fed Notch-Band Tapered-Slot UWB Antenna"的文章中，采用差分CPW饋電，在地板上開錐形槽 的UWB天線，運(yùn)樣可W實現(xiàn)較寬的帶寬。然后在地板的縫隙邊上加載枝節(jié)諧振器，在饋電部 分開縫形成諧振器，最終達(dá)到二階陷波的效果，陷波矩形度很好，陷波的頻率可W通過調(diào)節(jié) 諧振器的長度來自由改變。由于該天線采用了雙端口差分饋電，天線福射方向圖的交叉極 化非常小，而且是單層天線，易于加工。 【實用新型內(nèi)容】
[0007] 本實用新型的目的是為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供了一種差分階梯饋電的 高矩形度陷波超寬帶縫隙天線，該天線具有小尺寸、寬頻段、福射方向圖好、陷波矩形度好 的優(yōu)點(diǎn)，能夠滿足小型化、低成本、易于加工、易與差分電路集成的要求。
[0008] 本實用新型的目的可W通過采取如下技術(shù)方案達(dá)到：
[0009] 差分階梯饋電的高矩形度陷波超寬帶縫隙天線，包括介質(zhì)基板、地板和差分饋電 結(jié)構(gòu)，所述地板設(shè)置在介質(zhì)基板頂層，所述差分饋電結(jié)構(gòu)設(shè)置在介質(zhì)基板底層，所述地板上 刻蝕有一個矩形寬縫、兩個左右對稱的T形槽和四個相互對稱的矩形狹縫，所述矩形寬縫和 T形槽均位于差分饋電結(jié)構(gòu)的上方;所述差分饋電結(jié)構(gòu)中部的上下兩側(cè)均呈左右對稱的階 梯狀，差分饋電結(jié)構(gòu)上刻蝕有兩個左右對稱的彎折狹縫，所述地板上的矩形狹縫和差分饋 電結(jié)構(gòu)上的彎折狹縫構(gòu)成兩組縫隙諧振器。
[0010] 作為一種優(yōu)選方案，所述差分饋電結(jié)構(gòu)的左、右兩端分別為第一饋電端口和第二 饋電端口，所述第一饋電端口和第二饋電端口分別位于介質(zhì)基板底層的左、右邊緣處。
[0011] 作為一種優(yōu)選方案，所述地板上的矩形狹縫用于產(chǎn)生5.8G化的陷波頻率，其電流 路徑長度為5.8G化陷波頻率波導(dǎo)波長的1/2。
[0012] 作為一種優(yōu)選方案，所述差分饋電結(jié)構(gòu)上的彎折狹縫用于產(chǎn)生5.2G化的陷波頻 率，其電流路徑長度為5.2G化陷波頻率波導(dǎo)波長的1 /2。
[0013] 作為一種優(yōu)選方案，所述介質(zhì)基板采用FR4介質(zhì)基板，其介電常數(shù)為4.4，厚度為 1.6mm。
[0014] 作為一種優(yōu)選方案，所述差分饋電結(jié)構(gòu)采用微帶饋線構(gòu)成。
[0015] 本實用新型相對于現(xiàn)有技術(shù)具有如下的有益效果：
[0016] 1、本實用新型的超寬帶縫隙天線在地板上刻蝕有一個矩形寬縫和兩個左右對稱 的T形槽，差分饋電結(jié)構(gòu)設(shè)計成階梯漸變結(jié)構(gòu)，并采用禪合饋電，為了實現(xiàn)更好的阻抗匹配， 達(dá)到較寬帶寬的目的;此外，地板上還刻蝕有四個相互對稱的矩形狹縫，差分饋電結(jié)構(gòu)刻蝕 有兩個左右對稱的彎折狹縫，構(gòu)成了兩組縫隙諧振器，在可能產(chǎn)生干擾的頻段(5-6GHZ)內(nèi) 實現(xiàn)了具有良好矩形度的陷波特性，從而可W消除UWB化Itra Wideband,超寬帶)通信系統(tǒng) 與WLAN、WiMAX系統(tǒng)的互擾。
[0017] 2本實用新型的超寬帶縫隙天線可W通過改變地板上的矩形狹縫和差分饋電結(jié)構(gòu) 上的彎折狹縫的電流路徑長度對陷波的頻率和帶寬進(jìn)行控制，達(dá)到想要的陷波頻段，其中 地板上的矩形狹縫用于產(chǎn)生5.8G化的陷波頻率，差分饋電結(jié)構(gòu)上的彎折狹縫用于產(chǎn)生 5.2G化的陷波頻率。
[0018] 3、本實用新型的超寬帶縫隙天線采用雙端口差分饋電形式，在整個頻帶內(nèi)具有很 好的福射方向圖，并且經(jīng)過電磁仿真表明，除了陷波頻段增益較低外，其它頻段的增益基本 穩(wěn)定在5地i左右，因此在整個頻帶內(nèi)具有較穩(wěn)定的增益。
[0019] 4、本實用新型的超寬帶縫隙天線采用了平面結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)簡單、尺寸小、易于加 工，而且采用禪合饋電形式，更容易實現(xiàn)超寬帶，與現(xiàn)有的UWB天線相比，采用差分饋電結(jié) 構(gòu)，更容易與差分電路集成;與現(xiàn)有的差分UWB天線相比，采用兩組縫隙諧振器(一組為地板 上的矩形狹縫，另一組為差分饋電結(jié)構(gòu)上的彎折狹縫)組合實現(xiàn)了具有良好矩形度的陷波 特性，消除了 UWB通信系統(tǒng)與WLAN及WiMAX系統(tǒng)的互擾。
【附圖說明】
[0020] 圖1為本實用新型實施例1的超寬帶縫隙天線頂層的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021] 圖2為本實用新型實施例1的超寬帶縫隙天線底層的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022] 圖3為本實用新型實施例1的超寬帶縫隙天線的電磁仿真增益曲線圖。
[0023] 圖4為本實用新型實施例2的四