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緊湊型高隔離度超寬帶雙波段天線的制作方法

文檔序號:7083630閱讀:231來源:國知局
專利名稱:緊湊型高隔離度超寬帶雙波段天線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及一種新型的高隔離度超寬帶雙波段天線,具體地說是一種緊湊型高隔離度超寬帶雙波段天線,屬于平面逆F天線領(lǐng)域。
背景技術(shù)
隨著電子器件朝著小型化、微型化方向,以及擴(kuò)頻、跳頻技術(shù)的應(yīng)用,對通信設(shè)備的寬帶化和小型化提出了越來越高的要求。UWB ( ul-tra wide band,超寬帶)通信具有通信容量大、保密性好、平均功率密度小、抗多徑干擾能力強(qiáng)等許多優(yōu)點,是21世紀(jì)通信系統(tǒng)的重要發(fā)展方向,它的發(fā)展也要求與之相適應(yīng)的超寬帶天線技術(shù)。超寬帶天線設(shè)計是超寬帶通信技術(shù)的一個主要研究方向,在無線通信、無線接入、電子對抗等系統(tǒng)都有著廣泛的應(yīng)用。傳統(tǒng)的超寬帶天線如對數(shù)周期天線、等角螺旋阿基米德螺旋天線等,饋電網(wǎng)絡(luò)設(shè)計復(fù)雜,尺寸較大,不滿足低功率短距離個人通信應(yīng)用對超寬帶天線的小型化要求,且相位中心不固定,應(yīng)用于脈沖無線電系統(tǒng)中傳輸時域短脈沖信號時有較嚴(yán)重的失真。逆F天線質(zhì)量小,平面結(jié)構(gòu)易于集成,天線頻帶能覆蓋多個通信頻段,可以減少通信系統(tǒng)所需天線的數(shù)目,進(jìn)而降低系統(tǒng)造價,并有利于系統(tǒng)的電磁兼容。因此,與傳統(tǒng)超寬帶天線相比,逆F天線極具研究前景和實用意義?;贗EEE802. 11標(biāo)準(zhǔn)的無線局域網(wǎng)允許在局域網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中使用無需授權(quán)的 2. 4GHz或5. 3GHz射頻波段進(jìn)行免費無線連接。在實際應(yīng)用中,2. 4GHz波段常常擁擠不堪, 因而提出了雙波段超寬帶工作天線。該類天線可以同時工作在2. 4GHz和5. 3GHz波段,大大提高了局域網(wǎng)無線通信的容量和質(zhì)量。但雙波段天線由于5. 3GHz與2. 4GHz波段頻率相差幾乎2倍,具有較強(qiáng)的互耦,常常導(dǎo)致天線無法在雙波段下同時正常工作。目前一般是設(shè)計具有兩輻射單元的天線,分別工作在5. 3GHz和2. 4GHz波段。為提高隔離度,通常將2個輻射單元的間距加大,但這大大增加了天線的尺寸,并且駐波比系數(shù)較大。因此設(shè)計具有高隔離度的緊湊型超寬帶雙波段天線是解決這一問題的關(guān)鍵。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對背景技術(shù)中的不足,提供一種能夠在高隔離度 (<-15dB)下實現(xiàn)雙波段(2. 4GHz和5. 3GHz)工作的緊湊型超寬帶天線。本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案
一種緊湊型高隔離度雙波段超寬帶天線,包括天線基板、以及與基板處于同一水平面內(nèi)且相互并排放置的三個輻射元件,基板的底面作為接地面;其中,第一輻射元件由一 L形金屬條與一半圓形金屬塊相連構(gòu)成,所述半圓形金屬塊為第一輻射元件的輻射末端;第二輻射元件由一個S形金屬條與一矩形金屬塊相連構(gòu)成,所述矩形金屬塊為第二輻射元件的輻射末端;第三輻射元件由一 L形金屬條與一橢圓形金屬塊相連構(gòu)成,所述橢圓形金屬塊為第三輻射元件的輻射末端;第一輻射元件和第三輻射元件分別對稱布置在第二輻射元件的兩側(cè),所述三個輻射元件的饋電端分別與基板相連。進(jìn)一步的,本發(fā)明的一種緊湊型高隔離度雙波段超寬帶天線,所述第一輻射元件工作在2. 4GHz波段,第三輻射元件工作在5. 3GHz波段,第二輻射元件工作在4. 2GHz波段。進(jìn)一步的,本發(fā)明的一種緊湊型高隔離度雙波段超寬帶天線,所述天線基板用金屬材料制成,厚度在0. 2mnT0. 5mm,位于基板的邊緣兩側(cè)對稱設(shè)置有兩個同軸電纜焊接固定
點ο進(jìn)一步的,本發(fā)明的一種緊湊型高隔離度雙波段超寬帶天線,所述第一輻射元件和第二輻射元件采用同軸電纜饋電且共用一個饋電端,饋電端位于第一輻射元件的L形金屬條與第二輻射元件的S形金屬條的連接處。進(jìn)一步的,本發(fā)明的一種緊湊型高隔離度雙波段超寬帶天線,所述第三輻射元件采用同軸電纜饋電,饋電端位于構(gòu)成所述第三輻射元件的L形金屬條與橢圓形金屬塊的連接處。本發(fā)明采用以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比,具有以下技術(shù)效果
本發(fā)明采用三輻射元件天線技術(shù),其緊湊結(jié)構(gòu)使得整個UWB天線可以工作在雙波段 (2. 4GHz和5. 3GHz),隔離度小于_15dB,駐波比小于2,增益約為4dBi,天線效率大于65%。


圖1是雙波段UWB天線平面示意圖。圖2是天線基板平面結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是輻射元件3、4平面結(jié)構(gòu)示意圖。圖4是輻射元件5平面結(jié)構(gòu)示意圖。圖5是輻射元件3、4饋電端為Pl端口、輻射元件5饋電端為P2端口情況下的S 參數(shù)曲線圖。圖6是輻射元件3、4饋電端為Pl端口、輻射元件5饋電端為P2端口情況下的駐波比曲線圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)說明
如圖1所示,本發(fā)明的超寬帶天線包括天線基板1、以及與基板1處于同一水平面內(nèi)且相互并排放置的三個輻射元件,其中三個輻射元件的饋電端分別與基板相連。其中,輻射元件3由一 L形金屬條與一半圓形金屬塊相連構(gòu)成,半圓形金屬塊為輻射元件3的輻射末端。輻射元件4由一個S形金屬條與一矩形金屬塊相連構(gòu)成,矩形金屬塊為輻射元件4的輻射末端。輻射元件5由一 L形金屬條與一橢圓形金屬塊相連構(gòu)成,橢圓形金屬塊為輻射元件5的輻射末端。通過每個輻射元件結(jié)構(gòu)的特殊設(shè)計,可以有效的改善輻射元件表面的電流分布, 進(jìn)而改善由表面電流所激勵的輻射場分布,從而提高天線在兩個工作波段內(nèi)的隔離度。此外不同的輻射元件結(jié)構(gòu)設(shè)計形成了不同的輻射阻抗,進(jìn)而可以降低天線在工作波段內(nèi)的駐波比。輻射元件3和輻射元件5分別對稱布置在輻射元件4的兩側(cè),這樣可以提高輻射元件3和輻射元件5的隔離度以及降低其駐波比。天線基板1可以用銅板、鋁板等金屬材料制成,厚度在0. 2mnT0. 5mm,同軸電纜焊接固定點2位于基板1的邊緣兩側(cè),基板底面作為接地面。參照圖2和圖3,輻射元件3和輻射元件4采用和基板1 一樣的材料制成,具體實現(xiàn)可以在一整塊金屬材料板上,通過線切割工藝或激光切割工藝制成圖2和圖3所示的圖樣。參照圖3,輻射元件3和輻射元件4共用一個饋電,可以使得在輻射元件3和輻射元件4形成的表面電流分布所激勵的輻射與輻射元件5形成的表面電流分布所激勵的輻射具有更高的隔離度,饋電采用同軸電纜,饋電端如圖1所示位于6處。參照圖4,輻射元件5采用同軸電纜饋電,饋電端如圖1所示位于7處。輻射元件4的引入干擾了輻射元件3和輻射元件5的互耦,從而增加了 2. 4GHz和 5. 3GHz兩個波段的隔離度。圖5給出了輻射元件3、4的饋電端為Pl端口、輻射元件5的饋電端為P2端口情況下的S參數(shù)仿真曲線圖,從圖中可以看到輻射元件3、4、5相互之間的S12 (耦合度)在 2. 4GHz 2. 5GHz 波段、4. 2GHz 4. 75GHz 波段以及 5. 15GHz 5. 825GHz 波段均小于 _15dB。圖6給出了輻射元件3、4的饋電端6為Pl端口、輻射元件5的饋電端7為P2端口情況下的駐波比參數(shù)的仿真曲線圖,從圖中可以看到輻射元件3、4、5相互之間的駐波比系數(shù)在2. 4GHz 2. 5GHz波段、4. 2GHz 4. 75GHz波段以及5. 15GHz 5. 825GHz波段均小于2. 0。
權(quán)利要求
1.一種緊湊型高隔離度雙波段超寬帶天線,其特征在于包括天線基板(1)、以及與基板(1)處于同一水平面內(nèi)且相互并排放置的三個輻射元件,基板(1)的底面作為接地面; 其中,第一輻射元件(3)由一 L形金屬條與一半圓形金屬塊相連構(gòu)成,所述半圓形金屬塊為第一輻射元件(3)的輻射末端;第二輻射元件(4)由一個S形金屬條與一矩形金屬塊相連構(gòu)成,所述矩形金屬塊為第二輻射元件(4)的輻射末端;第三輻射元件(5)由一 L形金屬條與一橢圓形金屬塊相連構(gòu)成,所述橢圓形金屬塊為第三輻射元件(5)的輻射末端;第一輻射元件(3)和第三輻射元件(5)分別對稱布置在第二輻射元件(4)的兩側(cè),所述三個輻射元件的饋電端分別與基板相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種緊湊型高隔離度雙波段超寬帶天線,其特征在于所述第一輻射元件(3)工作在2. 4GHz波段,第三輻射元件(5)工作在5. 3GHz波段,第二輻射元件⑷工作在4. 2GHz波段。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種緊湊型高隔離度雙波段超寬帶天線,其特征在于所述天線基板(1)用金屬材料制成,厚度在0. 2mnT0. 5mm,位于基板(1)的邊緣兩側(cè)對稱設(shè)置有兩個同軸電纜焊接固定點(2)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種緊湊型高隔離度雙波段超寬帶天線,其特征在于所述第一輻射元件(3)和第二輻射元件(4)采用同軸電纜饋電且共用一個饋電端,饋電端位于第一輻射元件(3)的L形金屬條與第二輻射元件(4)的S形金屬條的連接處(6)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種緊湊型高隔離度雙波段超寬帶天線,其特征在于所述第三輻射元件(5)采用同軸電纜饋電,饋電端位于構(gòu)成所述第三輻射元件(5)的L形金屬條與橢圓形金屬塊的連接處(7)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種緊湊型高隔離度雙波段超寬帶天線,包括天線基板(1)、以及與基板(1)處于同一水平面內(nèi)且相互并排放置的三個輻射元件,基板(1)的底面作為接地面;其中,第一輻射元件(3)由一L形金屬條與一半圓形金屬塊相連構(gòu)成,第二輻射元件(4)由一個S形金屬條與一矩形金屬塊相連構(gòu)成,第三輻射元件(5)由一L形金屬條與一橢圓形金屬塊相連構(gòu)成,第一輻射元件(3)和第三輻射元件(5)分別對稱布置在第二輻射元件(4)的兩側(cè),所述三個輻射元件的饋電端分別與基板相連。本發(fā)明采用雙饋電三輻射元件天線技術(shù),使得天線可以工作在雙波段,耦合度小于-15dB(對應(yīng)隔離度大于15dB),駐波比小于2,增益約為4dBi,天線效率大于65%。
文檔編號H01Q5/00GK102570010SQ201210085970
公開日2012年7月11日 申請日期2012年3月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月28日
發(fā)明者于兵, 周俊萍, 周勇, 成浩, 李家強(qiáng), 王友保, 王峰, 王金虎, 祁博宇, 葛俊祥 申請人:南京信息工程大學(xué)
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