專利名稱：一種集成缺陷微帶線帶阻濾波器的超寬帶認(rèn)知無線電天線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種微波天線，特別是涉及一種集成缺陷微帶線帶阻濾波器的超寬帶認(rèn)知無線電天線。
背景技術(shù)：
隨著無線通信技術(shù)的飛速發(fā)展，各種各樣的設(shè)備和協(xié)議占去居了大量的頻譜資源，特別是在IOGHz —下，頻譜資源相當(dāng)緊張，如超寬帶通信系統(tǒng)與無線局域網(wǎng)，C波段和X-波段等通信協(xié)議重合，因此頻譜的利用和管理成為目前研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)為題之一。認(rèn)知無線電作為新興技術(shù)，不但可以實(shí)現(xiàn)頻譜重構(gòu)而且可以實(shí)現(xiàn)信道感知。因此，研究認(rèn)知無線電天線成為熱點(diǎn)研究問題之一。同時(shí)，目前的超寬帶系統(tǒng)也是基于多帶正交頻分服用技術(shù)和脈沖超寬帶。脈沖超寬帶系統(tǒng)，采用時(shí)間間隔極短的脈沖進(jìn)行通訊的方式，也稱作脈沖無線電或者無載波通訊。2001年4月我國發(fā)布了“十五”863計(jì)劃，其中把UWB無線通訊關(guān)鍵技術(shù)以及共存與兼容技術(shù)列為有關(guān)通訊技術(shù)主體研究項(xiàng)目，很多高校也將對UWB的研究作為重點(diǎn)科研項(xiàng)目，取得了很多進(jìn)展。多帶正交頻分復(fù)用超寬帶技術(shù)是集成正交頻分復(fù)用技術(shù)和超寬帶技術(shù)，通過對各個(gè)子載波連續(xù)編碼，且結(jié)合正交頻分復(fù)用技術(shù)抗干擾能力強(qiáng)的特點(diǎn)，產(chǎn)生的一種告訴數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)。近年來，各種各樣的超寬帶天線相繼問世，特別是采用微帶技術(shù)的超寬帶天線，該結(jié)構(gòu)可以通過照相或者光刻技術(shù)制作，并且有很好的全向輻射特性，因此該技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用在超寬帶天線的設(shè)計(jì)和相關(guān)的微波電路元器件的設(shè)計(jì)中。超寬帶系統(tǒng)的超寬帶，低功率輻射，急死與噪聲的信號特征，并且可以通過控制干擾噪聲的電平，且取得了 3.lGHz-10.6GHz的使用權(quán)，因此超寬帶技術(shù)有很好的應(yīng)用前景。作為頻譜利用技術(shù)的認(rèn)知無線電技術(shù)和超寬帶技術(shù)結(jié)合可以解決超寬帶技術(shù)和目前已經(jīng)授權(quán)使用的窄帶技術(shù)的之間的相互干擾，是超寬帶能很好的避免窄帶系統(tǒng)的干擾。同時(shí)，超寬帶技術(shù)作為一種超低功率發(fā)射技術(shù)，可以使超寬帶技術(shù)和窄帶技術(shù)共存，且超寬帶可以實(shí)現(xiàn)頻譜檢測。因此，超寬帶認(rèn)知無線電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)有著廣闊的應(yīng)用前景。認(rèn)知無線電天線作為無線通信的主要組成部分可以采用印刷版天線設(shè)計(jì)雙端口和單端口技術(shù)設(shè)計(jì)。近年來,認(rèn)知無線電天線的設(shè)計(jì)越來越多，文獻(xiàn)“A new reconfigurable antennadesign for cognitive radio, Tawk, Y., and C.G.Christodoulou, IEEE AntennasWireless Propag.Lett., 8:1378-1381, 2009”,提出一種雙端口認(rèn)知無線電天線,通過旋轉(zhuǎn)技術(shù)實(shí)現(xiàn)窄帶天線的重構(gòu)，該天線的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，且體積比較大，不利于系統(tǒng)的小型化設(shè)計(jì)和集成設(shè)計(jì)。為了降低天線的尺寸，文獻(xiàn)“A cognitive radio antenna integratedwith narrow/uItra-wideband antenna and switches, Y.Li, ff.Li and R.Mittra, IEICEElectron.Express., vol.9, n0.15, pp.1273-1283, 2012”,提出一種超寬帶天線和窄帶天線結(jié)合的認(rèn)知無線電天線，該天線采用單獨(dú)設(shè)計(jì)超寬帶天線和重構(gòu)超寬帶天線的技術(shù)，在窄帶天線上集成開關(guān)，從而控制窄帶天線的工作頻率，實(shí)現(xiàn)超寬帶和窄帶系統(tǒng)的協(xié)同工作。但是該天線采用雙端口饋電的方式，結(jié)構(gòu)仍然比較復(fù)雜，且在實(shí)際的設(shè)計(jì)時(shí)候，其兩個(gè)端口之間的隔離度比較低，因此單端口的認(rèn)知無線電天線成為目前研究的熱點(diǎn)。文獻(xiàn)”Designbased on complementary split-ring resonators of an antenna with controllableband notches for UWB cognitive radio applications, Al-Husseinij M., A.Ramadan, A.El-Hajjj K.Y.Kabalanj Y.Tawkj and C.G.Christodoulou, IEEE Antennas Propag.Soc.AP-SInt.Symp.,pp.1120-1122.”提出一種單端口認(rèn)知無線電天線,該天線通過在天線的福射單元上可是分裂環(huán)諧振腔，從而實(shí)現(xiàn)陷波特性，抑制不需要的信號，同時(shí)在分裂環(huán)上集成理想的開關(guān)，通過控制開關(guān)的通斷，控制諧波抑制的頻率范圍。該天線在天線的輻射單元上刻蝕分裂環(huán)，結(jié)構(gòu)仍然比較復(fù)雜，且諧波特性與分裂環(huán)的個(gè)數(shù)有關(guān)，因此限制了其應(yīng)用。此外，缺陷地技術(shù)，電磁帶隙技術(shù)和光子帶隙技術(shù)已經(jīng)用于濾波器設(shè)計(jì)，天線的小型化設(shè)計(jì)，功分器的設(shè)計(jì)。而作為新興的技術(shù)缺陷微帶線技術(shù)自從提出以來，就廣泛的應(yīng)用在濾波器設(shè)計(jì)，天線的小型化，互耦降低等方面，由于缺陷微帶線結(jié)構(gòu)刻蝕在微帶線上，不會泄露電磁波，因此具有更好的應(yīng)用前景。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種帶寬寬，輻射效率高，可以實(shí)現(xiàn)多模工作的一種集成缺陷微帶線帶阻濾波器的超寬帶天線。本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的:包括介質(zhì)基板、切角矩形輻射單元、一個(gè)倒π形槽、一個(gè)M形缺陷微帶線帶阻濾波器、饋電微帶線、開關(guān)1、開關(guān)I1、開關(guān)II1、開關(guān)IV ;切角矩形輻射單元、一個(gè)倒π形槽、一個(gè)M形缺陷微帶線帶阻濾波器、饋電微帶線、開關(guān)1、開關(guān)I1、開關(guān)II1、開關(guān)IV印刷在介質(zhì)基板上；一個(gè)倒JI形槽刻蝕在切角矩形輻射單元上，且倒π形槽的水平邊和介質(zhì)基板平行，倒H形槽的兩個(gè)垂直邊對稱分布在垂直線的兩邊，從而在切角矩形輻射單元形成一個(gè)H形槽結(jié)構(gòu)；一個(gè)M形缺陷微帶線帶阻濾波器刻蝕在饋電微帶線，從而形成M形槽結(jié)構(gòu)，M形缺陷微帶線帶阻濾波器的長槽邊與水平方向垂直；開關(guān)I位于倒η形槽的水平槽的正中間，開關(guān)I1、開關(guān)II1、開關(guān)IV分別位于M形槽的彎折處；切角矩形輻射單元和天線的饋電微帶線與部分接地面分別印刷在介質(zhì)基板的兩面，部分接地面印刷在介質(zhì)基板的下半部分，下端和饋電端介質(zhì)基板平齊。本發(fā)明還可以包括:1、所述的M形缺陷微帶線帶阻濾波器距離饋電端為4.7mm。2、所述的部分接地面的垂直尺寸比饋電微帶線短0.8mm。3、所述的天線采用介電常數(shù)為2.65的介質(zhì)基板，且介電損耗正切角小于10_2。根據(jù)超寬帶通信的和認(rèn)知無線電技術(shù)優(yōu)勢，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:1、輻射單元采用簡單的切角矩形貼片，類似于傳統(tǒng)的印刷單極子天線，便于設(shè)計(jì)和制作，且能保證較好的阻抗匹配，實(shí)現(xiàn)寬頻帶阻抗匹配，同時(shí)有較好的全向輻射特性。2、本發(fā)明采用微帶饋電結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)微帶饋電和缺陷微帶線帶阻濾波器集成設(shè)計(jì)，不僅減小了天線的尺寸，同時(shí)又能提供很好的陷波和重構(gòu)特性。同時(shí)集成電子開關(guān)，通過控制饋電微帶線上的開關(guān)狀態(tài)，可以實(shí)現(xiàn)天線的重構(gòu)和工作模式的切換。3、本發(fā)明采用在切角矩形輻射單元上刻蝕一個(gè)倒π形槽方法，產(chǎn)生一個(gè)陷波特性，從而可以實(shí)現(xiàn)超寬帶和窄帶系統(tǒng)之間的共存。通過改變倒η形槽尺寸，改變倒η形槽的分布電容和分布電感，從而改變陷波特性的中心頻率和陷波帶寬，設(shè)計(jì)出性能良好的陷波超寬帶天線。在倒H形槽上集成一個(gè)電子開關(guān)，通過控制電子開關(guān)的通斷，可以控制倒H形槽的諧振狀態(tài)，是設(shè)計(jì)的超寬帶認(rèn)知無線電天線工作在疊加工作模式和延伸工作模式。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有顯著的優(yōu)點(diǎn)為:1、本發(fā)明通過超寬帶天線與認(rèn)知無線電的結(jié)合，設(shè)計(jì)出具有頻譜重構(gòu)的認(rèn)知無線電天線，不僅能滿足超寬帶通信的需求，同時(shí)能夠通過控制開關(guān)的工作狀態(tài)，控制超寬帶天線的工作模式。通過超寬帶天線與認(rèn)知無線電的結(jié)合還可以節(jié)省頻譜資源，提高頻譜利用率。2、本發(fā)明所設(shè)計(jì)的超寬帶認(rèn)知無線電天線采用π形槽技術(shù)，并集成缺陷微帶線帶阻濾波器和電子開關(guān)，通過調(diào)節(jié)η形槽技術(shù)和缺陷微帶線帶阻濾波器的尺寸，可以調(diào)節(jié)其諧振頻率，避免不需要的信號干擾，同時(shí)π形槽技術(shù)和缺陷微帶線帶阻濾波器能夠通過半波長諧振理論設(shè)計(jì)所需要的諧振頻率，便于設(shè)計(jì)和生產(chǎn)調(diào)試。本發(fā)明的電子開關(guān)可以控制所設(shè)計(jì)的超寬帶認(rèn)知無線電天線工作模式，通過控制電子開關(guān)的通斷，超寬帶認(rèn)知無線電天線可以工作在疊加工作模式和延伸工作模式。3、本發(fā)明采用π形槽技術(shù)，缺陷微帶線帶阻濾波器和電子開關(guān)設(shè)計(jì)超寬帶認(rèn)知無線電天線，避免了雙端口天線的設(shè)計(jì)，降低天線的尺寸，同時(shí)可以通過參數(shù)設(shè)計(jì)和控制開關(guān)的狀態(tài)，使寬帶認(rèn)知無線電天線滿足實(shí)際的生產(chǎn)要求。該天線結(jié)構(gòu)簡單，便于實(shí)際設(shè)計(jì)和加工。


圖1為本發(fā)明實(shí)施實(shí)例I的基本結(jié)構(gòu)俯視圖；圖2為本發(fā)明實(shí)施實(shí)例I的基本結(jié)構(gòu)側(cè)視圖；圖3為本發(fā)明實(shí)施實(shí)例I的缺陷微帶線帶阻濾波器結(jié)構(gòu)圖；圖4為本發(fā)明實(shí)施實(shí)例2的基本結(jié)構(gòu)俯視圖；圖5為本發(fā)明實(shí)施實(shí)例3的基本結(jié)構(gòu)俯視圖；圖6為本發(fā)明實(shí)施實(shí)例4的基本結(jié)構(gòu)俯視圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖舉例本對發(fā)明做更詳細(xì)地描述:實(shí)施實(shí)例1:本發(fā)明的一個(gè)實(shí)例如圖1、圖2和圖3所示。所設(shè)計(jì)的超寬帶認(rèn)知無線電天線由介質(zhì)基板109、切角矩形輻射單元101、一個(gè)倒π形槽102、一個(gè)M形缺陷微帶線帶阻濾波器105、饋電微帶線106、部分接地面110、開關(guān)I 103、開關(guān)II 104、開關(guān)III 107、開關(guān)IV 108組成。該天線的饋電微帶線106和切角矩形輻射單元101的側(cè)視圖為111，印刷在介質(zhì)基板109的上面，部分接地面110印刷在介質(zhì)極板109的下面。饋電微帶線106直接和SMA內(nèi)導(dǎo)體連接，SMA的外導(dǎo)體與部分接地面110連接。根據(jù)圖1、圖2和圖3所示的結(jié)構(gòu)，只要選擇合適的尺寸，就能設(shè)計(jì)出滿足實(shí)際應(yīng)用的超寬帶認(rèn)知無線電天線。圖3所示為M形缺陷微帶線帶阻濾波器105及饋電微帶線106的結(jié)構(gòu)，M形缺陷微帶線帶阻濾波器105刻蝕在饋電微帶線106上，可以通過調(diào)整M形缺陷微帶線帶阻濾波器105的尺寸和間距，就可以設(shè)計(jì)滿足實(shí)際需求的帶阻濾波器。開關(guān)I 103、開關(guān)II 104、開關(guān)III107、開關(guān)IV 108分別集成在倒π形槽102和M形
缺陷微帶線帶阻濾波器105上，可以通過控制這些電子開關(guān)的工作狀態(tài)，從而控制超寬帶認(rèn)知無線電天線的工作模式。當(dāng)所有的開關(guān)都處于連通狀態(tài)時(shí)，改天天線為超寬帶天線，這時(shí)候該天線可以工作在延伸工作模式。這時(shí)候低功率的超寬帶天線作為襯底出現(xiàn)在其它通信系統(tǒng)的低層，避免系統(tǒng)之間的干擾。當(dāng)所有的開關(guān)都處于斷開狀態(tài)時(shí)，所設(shè)計(jì)的超寬帶認(rèn)知天線工作在疊加工作模式，此時(shí)超寬帶天線作為感知天線，同時(shí)通過產(chǎn)生的陷波抑制不需要的信號。當(dāng)開關(guān)處于其它組合時(shí)，該天線工作在疊加工作模式，此時(shí)超寬帶天線仍作為傳感天線，同時(shí)通過產(chǎn)生的陷波抑制不需要的信號。實(shí)施實(shí)例2:如圖4所示，本發(fā)明的另一種實(shí)施實(shí)例是在實(shí)施實(shí)例I的基礎(chǔ)上，所設(shè)計(jì)的超寬帶認(rèn)知無線電天線僅僅采用倒η形槽設(shè)計(jì)開關(guān)單陷波超寬帶天線。由介質(zhì)基板、切角矩形輻射單元201、一個(gè)倒π形槽202、饋電微帶線206、部分接地面、開關(guān)I 203組成。切角矩形輻射單元201和饋電微帶線206印刷在介質(zhì)基板的上面，部分接地面印刷在介質(zhì)極板的下面。饋電微帶線206直接和SMA內(nèi)導(dǎo)體連接，SMA的外導(dǎo)體與部分接地面連接。根據(jù)圖4所示的結(jié)構(gòu)，只要選擇合適的尺寸，就能設(shè)計(jì)出滿足實(shí)際應(yīng)用的超寬帶認(rèn)知無線電天線。實(shí)施實(shí)例2可以作為超寬帶認(rèn)知無線電天線使用，當(dāng)開關(guān)I 203斷開時(shí)，該天線是一個(gè)陷波超寬帶天線，可以工作在疊加工作模式，此時(shí)超寬帶天線仍作為傳感天線，同時(shí)通過產(chǎn)生的陷波抑制不需要的信號。同時(shí)，該天線也可以作為一個(gè)雙頻段天線使用。當(dāng)開關(guān)203連通時(shí),該天線為超寬帶天線,此時(shí)該天線工作在延伸工作模式。實(shí)施實(shí)例3:如圖5所示，本發(fā)明的另一種實(shí)施實(shí)例是在實(shí)施實(shí)例I的基礎(chǔ)上，所設(shè)計(jì)的超寬帶認(rèn)知無線電天線僅僅采用M形缺陷微帶線帶阻濾波器305超寬帶天線。由介質(zhì)基板、切角矩形輻射單元301、饋電微帶線306、部分接地面、開關(guān)II 304、開關(guān)III 307、開關(guān)IV 308組成。切角矩形輻射單元301和饋電微帶線306印刷在介質(zhì)基板的上面，部分接地面印刷在介質(zhì)極板的下面。饋電微帶線306直接和SMA內(nèi)導(dǎo)體連接，SMA的外導(dǎo)體與部分接地面連接。根據(jù)圖4所示的結(jié)構(gòu)，只要選擇合適的尺寸，就能設(shè)計(jì)出滿足實(shí)際應(yīng)用的超寬帶認(rèn)知無線電天線。實(shí)施實(shí)例3所采用的M形缺陷微帶線帶阻濾波器305可以根據(jù)缺陷微帶線帶阻濾波器的寫真理論進(jìn)行設(shè)計(jì)，從而增加了濾波器設(shè)計(jì)的靈活性，從而也能更好的設(shè)計(jì)可調(diào)重構(gòu)天線，該天線能很好的作為超寬帶認(rèn)知無線電天線使用。實(shí)施實(shí)例4:如圖6所示，本發(fā)明的另一種實(shí)施實(shí)例是在實(shí)施實(shí)例I的基礎(chǔ)上，不使用M形缺陷微帶線帶阻濾波器和倒η形槽。該天線僅由由介質(zhì)基板、切角矩形輻射單元401、饋電微帶線406、部分接地面組成。切角矩形輻射單元401和饋電微帶線406印刷在介質(zhì)基板的上面，部分接地面印刷在介質(zhì)極板的w下面。饋電微帶線406直接和SMA內(nèi)導(dǎo)體連接,SMA的外導(dǎo)體與部分接地面連接。根據(jù)圖6所示的結(jié)構(gòu)，只要選擇合適的尺寸，就能設(shè)計(jì)的天線滿足超寬帶通信的需求，同時(shí)該天線可以工作在超寬帶認(rèn)知無線電系統(tǒng)的延伸工作模式。
權(quán)利要求
1.一種集成缺陷微帶線帶阻濾波器的超寬帶認(rèn)知無線電天線，其特征是:包括介質(zhì)基板、切角矩形輻射單元、一個(gè)倒H形槽、一個(gè)M形缺陷微帶線帶阻濾波器、饋電微帶線、開關(guān)1、開關(guān)I1、開關(guān)II1、開關(guān)IV ;切角矩形輻射單元、一個(gè)倒π形槽、一個(gè)M形缺陷微帶線帶阻濾波器、饋電微帶線、開關(guān)1、開關(guān)I1、開關(guān)II1、開關(guān)IV印刷在介質(zhì)基板上；一個(gè)倒π形槽刻蝕在切角矩形輻射單元上，且倒η形槽的水平邊和介質(zhì)基板平行，倒η形槽的兩個(gè)垂直邊對稱分布在垂直線的兩邊，從而在切角矩形輻射單元形成一個(gè)η形槽結(jié)構(gòu)；一個(gè)M形缺陷微帶線帶阻濾波器刻蝕在饋電微帶線，從而形成M形槽結(jié)構(gòu)，M形缺陷微帶線帶阻濾波器的長槽邊與水平方向垂直；開關(guān)I位于倒η形槽的水平槽的正中間，開關(guān)I1、開關(guān)II1、開關(guān)IV分別位于M形槽的彎折處；切角矩形輻射單元和天線的饋電微帶線與部分接地面分別印刷在介質(zhì)基板的兩面，部分接地面印刷在介質(zhì)基板的下半部分，下端和饋電端介質(zhì)基板平齊。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集成缺陷微帶線帶阻濾波器的超寬帶認(rèn)知無線電天線，其特征是:所述的M形缺陷微帶線帶阻濾波器距離饋電端為4.7_。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集成缺陷微帶線帶阻濾波器的超寬帶認(rèn)知無線電天線，其特征是:所述的部分接地面的垂直尺寸比饋電微帶線短0.8mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集成缺陷微帶線帶阻濾波器的超寬帶認(rèn)知無線電天線，其特征是:所述的天線采用介電常數(shù)為2.65的介質(zhì)基板，且介電損耗正切角小于10_2。
全文摘要
本發(fā)明的目的在于提供一種集成缺陷微帶線帶阻濾波器的超寬帶認(rèn)知無線電天線，包括介質(zhì)基板、切角矩形輻射單元、一個(gè)倒π型槽、一個(gè)M型缺陷微帶線帶阻濾波器、饋電微帶線、開關(guān)Ⅰ、開關(guān)Ⅱ、開關(guān)Ⅲ、開關(guān)Ⅳ；倒π型槽刻蝕在切角矩形輻射單元上，π形槽的兩個(gè)垂直邊對稱分布在垂直線的兩邊，M型缺陷微帶線帶阻濾波器刻蝕在饋電微帶線，M型缺陷微帶線帶阻濾波器的長槽邊與水平方向垂直；開關(guān)Ⅰ位于倒π型槽的水平槽的正中間，開關(guān)Ⅱ、開關(guān)Ⅲ、開關(guān)Ⅳ分別位于M型槽的彎折處；部分接地面印刷在介質(zhì)基板的下半部分，下端和饋電端介質(zhì)基板平齊。本發(fā)明提供一種帶寬寬，輻射效率高，可以實(shí)現(xiàn)多模工作的一種集成缺陷微帶線帶阻濾波器的超寬帶天線。
文檔編號H01Q1/38GK103151608SQ20131006598
公開日2013年6月12日 申請日期2013年3月1日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月1日
發(fā)明者李迎松, 李文興 申請人:哈爾濱工程大學(xué)