專利名稱：利用階梯阻抗諧振器雙頻特性實現(xiàn)抗多頻干擾超寬帶天線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型是一種具有超寬帶工作特性并且對于多頻率信號干擾能夠抑止
的超寬帶(Ultra-Wideband, UWB)天線綜合設(shè)計的技術(shù)。所設(shè)計天線包含圓盤 天線和兩段階梯阻抗諧振器(St印ped Impedance Resonators SIRs)耦合饋線 結(jié)構(gòu)兩部分，具有超寬帶天線工作帶寬(1.7 GHz — 10.3 GHz)。
背景技術(shù)：
超寬帶通信系統(tǒng)具有高數(shù)據(jù)傳輸速率，低成本等諸多有點，逐漸成為室內(nèi)短 距通信應(yīng)用的主流。然而當(dāng)今各種無線通信系統(tǒng)迅猛發(fā)展，使得帶寬資源越來越 緊張。大量不同種類的通信業(yè)務(wù)擠占同一頻段的現(xiàn)象越來越普遍。相應(yīng)的，由于 超寬帶通信系統(tǒng)幾乎占據(jù)了 11GHz以下所有的帶寬(例如美國FCC認(rèn)定的UTO 頻帶為3.1GHz-10. 6GHz),就同時和其他多個無線系統(tǒng)間存在特定頻段的重疊問 題，例如IEEE制定的無限局域網(wǎng)WLAN的2. 4/5. 8GHz頻帶系統(tǒng)和WiMAX的 3.5GHz/5.8GHz頻帶系統(tǒng)。這些系統(tǒng)將與超寬帶系統(tǒng)相互形成干擾。為了避免這 些潛在的信號干擾，同時保護(hù)各個通信系統(tǒng)的正常工作，可以通過在通信系統(tǒng)中 添加相應(yīng)的阻帶濾波器或者設(shè)計具有阻帶特性的天線實現(xiàn)。在超寬帶天線設(shè)計 中，將多阻帶濾波器和天線綜合一體的設(shè)計可以構(gòu)成具有阻帶特性的單片天饋線 系統(tǒng)。這種天線除了就有很寬的帶寬外，其具有濾波特性的饋線結(jié)構(gòu)使天線在特 定的頻率上產(chǎn)生很大的輸入電壓駐波比。即對于相應(yīng)頻率的信號,天線呈現(xiàn)截止， 不工作的狀態(tài)，從而起到減小甚至消除超寬帶系統(tǒng)與其他通信系統(tǒng)間相互干擾的 作用。目前，已有的阻帶天線大都具有單一的阻帶，不能對多個頻點的信號進(jìn)行 抑制；或者，具有兩個阻帶的天線工作帶寬受到影響而減小，不滿足超寬帶特性。 因此，設(shè)計一種具有多阻帶，超寬帶工作帶寬的小型化天饋線成為亟待解決的問 題。另一方面，兩段段型階梯阻抗諧振線具有體積小和前兩個諧振頻率單獨(dú)可控 的性質(zhì)，通過兩個階梯阻抗線很容易實現(xiàn)多阻帶濾波器的設(shè)計。
發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題:本實用新型的目的是提出一種基于平面印刷電路工藝實現(xiàn)的利用 階梯阻抗諧振器雙頻特性實現(xiàn)抗多頻干擾的超寬帶天線，不僅具有超寬帶特性， 而且對于多個頻點的干擾信號有很好的抑制作用。該天線具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小 巧，滿足平面電路集成的要求，并且具有成本低、易加工，便于批量生產(chǎn)等優(yōu)點， 因此適用于多種抗干擾的超寬帶應(yīng)用場合。
技術(shù)方案所設(shè)計天線包含圓盤天線和多阻帶濾波器兩部分。其中濾波器由 兩個兩段型階梯阻抗諧振器與天線饋線相耦合構(gòu)成。該天線不僅具有超寬帶工作 帶寬(1.7GHz — 10.3GHz)，同時，由兩段型階梯阻抗諧振器耦合饋線部分產(chǎn)生多 個阻帶，從而使得天線整體表現(xiàn)出具有多阻帶特性的超寬帶性能。該天線設(shè)計基 于平面印刷電路技術(shù)，釆用微帶線饋電，體積小巧，適合平面高度集成。
本實用新型的超寬帶天線包含圓盤天線和兩段型階梯阻抗諧振器耦合微帶 線構(gòu)成的饋線兩部分，通過印刷電路板技術(shù)在微波介質(zhì)基片實現(xiàn)。兩段型階梯阻 抗諧振器耦合微帶線結(jié)構(gòu)，可以產(chǎn)生多個特定頻點的阻帶。同時，兩段型階梯阻 抗諧振器具有成熟的設(shè)計公式，使得多阻帶天線的設(shè)計過程簡便快捷。
本實用新型采用如下技術(shù)方案
該天線包括一塊介質(zhì)基片，和在介質(zhì)基片上下表面覆蓋的兩層金屬鍍層；下 表面金屬鍍層為饋線部分的金屬地，上表面金屬鍍層包含有天線輻射單元、饋線 以及多帶阻濾波器幾部分；其中，天線輻射單元采用圓盤形式，圓盤背后無金屬 地分布，該形式輻射單元具有超寬帶特性；饋線部分采用微帶線形式，饋線部分 與天線輻射單元之間連接多帶阻濾波器、梯形阻抗變換線，其中梯形阻抗變換線 進(jìn)行阻抗匹配連接。
多帶阻濾波器由兩段型階梯諧振器耦合微帶饋線構(gòu)成，兩段型階梯諧振器中 的第一諧振器由兩段具有不同特征阻抗和電長度的第一微帶線、第二微帶線構(gòu) 成；第二諧振器由兩段具有不同阻抗和電長度的第三微帶線、第四微帶線構(gòu)成; 其中，第二微帶線、第三微帶線與微帶饋線平行，實現(xiàn)諧振器與微帶線饋線的部 分耦合；第一微帶線和第四微帶線通過金屬通孔與金屬地相接，實現(xiàn)短路效應(yīng)。
微帶饋線可以采用直轉(zhuǎn)角設(shè)計，以減小天線的整體體積。第一微帶線與第二 微帶線，第三微帶線與第四微帶線之間均成垂直分布，構(gòu)成L型；或第一微帶線
與第二微帶線為共軸分布。通過調(diào)節(jié)每個諧振器各段的阻抗和電長度可以實現(xiàn)多 個不同頻率的阻帶特性。因此，這一整體的天饋線結(jié)構(gòu)就夠成具有多阻帶特性的 超寬帶天線。
有益效果本實用新型具有如下優(yōu)點
1. 天線具有超寬帶特性，可以滿足超寬帶通信系統(tǒng)要求；同時，天線可以 產(chǎn)生三個或者四個頻率的阻帶，具有抗多頻點干擾性能。
2. 根據(jù)所需設(shè)計的天線阻帶頻率可以利用兩段型階梯阻抗諧振器設(shè)計公式 計算出諧振器的結(jié)構(gòu)尺寸。因此該天線具有阻帶可調(diào)性，可以滿足一些干擾頻率 特殊場合的應(yīng)用，并且設(shè)計過程簡便快捷。
3. 兩段型階梯阻抗諧振器具有前兩個諧振頻率可調(diào)特性，相應(yīng)的一個諧振 器就可以產(chǎn)生兩個可控的阻帶。因此，通過添加兩段型階梯阻抗諧振器可以產(chǎn)生 多阻帶，適應(yīng)于多干擾信號場合。
4. 諧振器本身具有體積小巧的特點，并且可以彎曲布局，實現(xiàn)小型化設(shè)計。 因此，天線整體體積小巧。同時，天線采用微帶線做為饋線，可以方便與微波平 面電路髙度集成，適合移動小型化設(shè)備使用。
5. 整個天線的各部分集成為一體，結(jié)構(gòu)簡單，全部利用PCB工藝生產(chǎn)，成 本低、精度高、重復(fù)性好，適合大批量生產(chǎn)。


圖1兩段型階梯阻抗諧振器耦合饋線實現(xiàn)多阻帶超寬帶天線，類型I，暨實 施實例1和2的結(jié)構(gòu)正面示意圖，圖2為側(cè)面示意圖。
圖3實施實例1的輸入電壓駐波比(VSWR)測量結(jié)果(實線為測試結(jié)果，虛 線為仿真結(jié)果)。
圖4為實施例1的X0Z平面方向圖，4條曲線分別是2、 3、 5、 8 GHz時的 測試結(jié)果。
圖5為實施例1的Y0Z平面方向圖，4條曲線分別是2、 3、 5、 8 GHz時的 測試結(jié)果。
圖6實施實例2的輸入電壓駐波比(VSWR)測量結(jié)果(實線為測試結(jié)果，虛 線為仿真結(jié)果)。
圖7兩段型階梯阻抗諧振器耦合饋線實現(xiàn)多阻帶超寬帶天線，類型II，暨
實施實例正面示意圖，圖8為側(cè)面示意圖。
圖9實施實例3的輸入電壓駐波比(VSWR)測量結(jié)果(實線為測試結(jié)果，虛
線為仿真結(jié)果)。
以上的圖中有介質(zhì)基片1，下表面金屬鍍層2，上表面金屬鍍層3，天線 輻射單元4，饋線部分5 (含梯形阻抗變換線6)，多阻帶濾波器7 (含兩段型階 梯阻抗諧振器7a和7b), 7a含有微帶線8和9， 7b含有微帶線10和11，所有 接地金屬孔12。
具體實施方式
利用階梯阻抗諧振器雙頻特性實現(xiàn)抗多頻干擾的超寬帶天線，包括一塊介質(zhì) 基片l，和在介質(zhì)基片1上下表面覆蓋的兩層金屬鍍層；下表面金屬鍍層2為饋 線部分5的金屬地，上表面金屬鍍層3包含有天線輻射單元4、饋線5以及多帶 阻濾波器7幾部分；其中，天線輻射單元4采用圓盤形式，圓盤背后無金屬地2 分布，該形式輻射單元具有超寬帶特性；饋線部分5采用微帶線形式，饋線部分 5與天線輻射單元4之間連接多帶阻濾波器7 (含兩段型階梯阻抗諧振其7a和 7b)、梯形阻抗變換線6，其中梯形阻抗變換線6進(jìn)行阻抗匹配連接。階梯阻抗 諧振器7a含有微帶線8和9， 7b含有微帶線10和11，微帶線8和11通過金屬 孔12接地。
實施實例1和2的結(jié)構(gòu)基本相同，僅是兩段型階梯阻抗諧振器7b的尺寸略 有不同；而實施實例3則將微帶饋線5做了直轉(zhuǎn)角設(shè)計，而特性與實施實例1 相同，兩者的不同結(jié)構(gòu)可以在實際應(yīng)用中根據(jù)需要進(jìn)行選擇。
實施例1兩段型階梯阻抗諧振器耦合饋線實現(xiàn)三阻帶超寬帶天線，類型I。
天線結(jié)構(gòu)如圖1所示，尺寸單位均為mm。本實施實例的基片尺寸為46X77. 5 XI。實測輸入電壓駐波比(VSWR)以及X0Z、 YOZ兩個主平面的方向圖結(jié)果示于 圖2 圖4。
實施例2兩段型階梯阻抗諧振器耦合饋線實現(xiàn)四阻帶超寬帶天線。 天線結(jié)構(gòu)如圖1所示，尺寸單位均為ram。本實施實例的基片尺寸為46X77. 5 XI。本設(shè)計實例的基本結(jié)構(gòu)同實施實例l，但是具有不同的諧振器結(jié)構(gòu)參數(shù)。
即由階梯阻抗諧振器構(gòu)成的濾波器具有不同的帶阻特性。本實例可以實現(xiàn)四阻帶 特性的超寬帶天線。實測天線輸入電壓駐波比(VSWR)結(jié)果示于圖6。
實施例3兩段型階梯阻抗諧振器耦合饋線實現(xiàn)三阻帶超寬帶天線，類型II。
天線結(jié)構(gòu)如圖7所示，尺寸單位均為mm。本實施實例的基片尺寸為46X77. 5 XI。本設(shè)計實例的與實施實例l所不同的是對微帶饋線進(jìn)行了轉(zhuǎn)角設(shè)計，相應(yīng) 的，諧振器結(jié)構(gòu)參數(shù)也略有不同。但是，本實例同樣可以實現(xiàn)三阻帶特性的超寬 帶天線。實施實例1和3使得實際應(yīng)用中可以根據(jù)需要靈活選擇天線結(jié)構(gòu)。實測 天線輸入電壓駐波比(VSWR)結(jié)果示于圖9。
權(quán)利要求1.一種利用階梯阻抗諧振器雙頻特性實現(xiàn)抗多頻干擾超寬帶天線，其特征在于該天線包括一塊介質(zhì)基片(1)，和在介質(zhì)基片(1)上下表面覆蓋的兩層金屬鍍層；下表面金屬鍍層(2)為饋線部分(5)的金屬地，上表面金屬鍍層(3)包含有天線輻射單元(4)、饋線(5)以及多帶阻濾波器(7)幾部分；其中，天線輻射單元(4)采用圓盤形式，圓盤背后無金屬地(2)分布，該形式輻射單元具有超寬帶特性；饋線部分(5)采用微帶線形式，饋線部分(5)與天線輻射單元(4)之間連接多帶阻濾波器(7)、梯形阻抗變換線(6)，其中梯形阻抗變換線(6)進(jìn)行阻抗匹配連接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用階梯阻抗諧振器雙頻特性實現(xiàn)抗多頻干擾超 寬帶天線，其特征在于多帶阻濾波器(7)由兩段型階梯諧振器耦合微帶饋線構(gòu) 成，兩段型階梯諧振器中的第一諧振器(7a)由兩段具有不同特征阻抗和電長度 的第一微帶線(8)、第二微帶線(9)構(gòu)成；第二諧振器(7b)由兩段具有不同 阻抗和電長度的第三微帶線(10)、第四微帶線(11)構(gòu)成；其中，第二微帶線(9)、第三微帶線(10)與微帶饋線(5)平行，實現(xiàn)諧振器與微帶線饋線(5) 的部分耦合第一微帶線(8)和第四微帶線(11)通過金屬通孔(12)與金屬 地(2)相接，實現(xiàn)短路效應(yīng)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用階梯阻抗諧振器雙頻特性實現(xiàn)抗多頻干擾超 寬帶天線，其特征在于微帶饋線(5)可以采用直轉(zhuǎn)角設(shè)計，以減小天線的整體 體積。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用階梯阻抗諧振器雙頻特性實現(xiàn)抗多頻干擾超 寬帶天線，其特征在于第一微帶線(8)與第二微帶線(9),第三微帶線(10) 與第四微帶線(11)之間均成垂直分布，構(gòu)成L型；或第一微帶線(8)與第二 微帶線(9)為共軸分布。
專利摘要利用階梯阻抗諧振器雙頻特性實現(xiàn)抗多頻干擾的超寬帶天線是一種具有超寬帶工作特性并且對于多頻率信號干擾能夠抑止的超寬帶天線綜合設(shè)計的技術(shù)。所設(shè)計天線包含圓盤天線和兩段階梯阻抗諧振器耦合饋線結(jié)構(gòu)兩部分，具有超寬帶天線工作帶寬(1.7GHz-10.3GHz)。該天線包括一塊介質(zhì)基片(1)，和在介質(zhì)基片(1)上下表面覆蓋的兩層金屬鍍層；下表面金屬鍍層(2)為饋線部分(5)的金屬地，上表面金屬鍍層(3)包含有天線輻射單元(4)、饋線(5)以及多帶阻濾波器(7)幾部分。
文檔編號H01Q13/08GK201188454SQ20082003192
公開日2009年1月28日 申請日期2008年3月4日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月4日
發(fā)明者周健義, 彥 張, 偉 洪, 蒯振起 申請人:東南大學(xué)