專利名稱：一種小型化不對稱平面超寬帶天線的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種小型化平面超寬帶天線，特別涉及一種小型化不對稱平面超寬帶天線，主要用于UWB通信系統(tǒng)。
背景技術：
2002年美國聯(lián)邦通信委員會(FCC)宣布將3.1 10.6GHz頻段劃歸民用，應用于室內通信、高速無線LAN、家庭網絡、無繩電話、安全檢測、位置測定等領域。超寬帶(UWB，Ultra Wideband)通信是一種短距離的高速無線通訊方式,能在10米左右的范圍內實現(xiàn)數百Mbit/s至數Gbit/s的數據傳輸速率，這種通訊方式比較適合在家庭內部或辦公區(qū)域使用，市場應用前景非常廣闊。與傳統(tǒng)的窄帶通信技術相比，UWB技術具有通信容量大、輻射功率密度低、抗多徑干擾、定位性高和保密性好等特點。同時，人們對高速率數據通信的需求日益增強，給UWB的發(fā)展帶來巨大機遇。UffB天線的設計是超寬帶通信的關鍵技術之一，由于UWB系統(tǒng)主要針對的是短距離高速無線通信，設備終端的小型化是必然趨勢，這就對超寬帶天線的小型化提出了更高的要求，所以UWB天線不僅需要具有較好的阻抗匹配和輻射特性，還需要具有平面結構和面積小等特點以利于系統(tǒng)集成。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供一種尺寸小、平面化、結構簡單、成本低，適用于超寬帶無線通信的非對稱超寬帶天線。本發(fā)明是這樣構成的:一種小型化不對稱平面超寬帶天線，由介質板、設置于介質板正面的由導電介質構成的輻射單元和微帶饋電單元、以及設置于介質板背面的由導電介質構成的接地單元組成；所述的導電介質為介質板表面的覆銅層:銅箔。輻射單元的底部與微帶饋電單元的頂部相連，使輻射單元與微帶饋電單元合成為一個導電體；接地單元位于介質板的背面下部。所述的輻射單元呈月牙形，它由一條半橢圓弧、一條半圓弧和一條直線合圍而成。半橢圓弧和半圓弧在頂端相交，直線連接在半橢圓弧和半圓弧的底端之間。半橢圓弧和半圓弧的頂端的相交點重合于介質板頂端的一個側邊上，而直線也和所述的側邊相重合。位于輻射單元下方的微帶饋電單元的寬度由窄變寬，形成一直角梯形；直角梯形的高與介質板的上述同一側邊相重合，直角梯形的底邊與介質板底端邊緣重合。微帶饋電單元的特性阻抗也由窄邊處的80歐姆逐漸減小至寬邊處的50歐姆。接地單元為矩形，接地單元的兩個側邊和底邊分別與介質板的兩側邊和底端邊緣重合，即接地單元覆蓋了介質板下部的整個表面。接地單元上邊緣與位于介質板正面的輻射單元的下邊緣在背面的投影相距一距離。接地單元上邊緣與位于介質板正面的輻射單元的下邊緣在背面的投影相距的距離為 0.1mnin本發(fā)明的優(yōu)點在于:1.寬帶特性:本發(fā)明的超寬帶天線頻率范圍覆蓋3.1 10.6GHz的超寬帶工作頻段，滿足超寬帶無線通信系統(tǒng)的要求。2.天線面積很小，和相同性能的平面單極子天線相比，面積減小近70%，適用于對天線尺寸要求極高的超寬帶通信系統(tǒng)中。3.結構簡單，整個天線為平面結構，易于系統(tǒng)集成，簡單實用，可以印刷制作，性能一致性好，適用于批量生產。


圖1是本發(fā)明小型化不對稱平面超寬帶天線的頂層結構示意圖；圖2是本發(fā)明小型化不對稱平面超寬帶天線的底層結構示意圖；圖3是本發(fā)明小型化不對稱平面超寬帶天線的側視結構示意圖；圖4是本發(fā)明小型化不對稱平面超寬帶天線反射系數S11的仿真和實際測試結果圖；在圖1至圖3中，I為介質板，2為輻射單元，2-1為半橢圓弧，2_2為半圓弧，2-3為直線，3為微帶饋電單元，4為接地單元。
具體實施例方式附圖為本發(fā)明的一個實施例示意圖，以下結合

:圖1 3中給出的是本發(fā)明的實施例:一種小型化平面超寬帶天線，包括介質板
1、設置于介質板I正面的由導電介質構成的輻射單元2和微帶饋電單元3、以及設置于介質板I背面的由導電介質構成的接地單元4。其構成的形式即為通常所說的印刷電路板，所述的導電介質即為覆銅層:銅箔。輻射單元2與微帶饋電單元3位于介質板I的同一表面上，所述的輻射單元2呈月牙形，它由一條半橢圓弧2-1、一條半圓弧2-2和一條直線2-3合圍而成。半橢圓弧2-1和半圓弧2-2在頂端相交，直線連接在半橢圓弧2-1和半圓弧2-2的底端之間。半橢圓弧2-1和半圓弧2-2的頂端的相交點重合于介質板I頂端的一個側邊上，而直線2-3也和所述的側邊相重合。輻射單元2的底部與微帶饋電單元3的頂部相連，使輻射單元2與微帶饋電單元3合成為一個導電體。位于輻射單元2下方的微帶饋電單元3的寬度由窄變寬，形成一直角梯形，直角梯形的高與介質板I的上述同一側邊相重合，直角梯形的底邊與介質板I底端邊緣重合。它的特性阻抗也由窄邊處的80歐姆逐漸減小至寬邊處的50歐姆。本發(fā)明的超寬帶天線，其中所述設置于介質板正面的微帶饋電單元的寬度由窄變寬，其目的是使天線更好地與同軸饋線連接，減小連接處的反射。接地單元4位于介質板I的背面上。接地單元4為矩形，接地單元4的兩個側邊和底邊分別與介質板I的兩側邊和底端邊緣重合。即接地單元4覆蓋了介質板I下部的整個表面，接地單元4上邊緣與位于介質板I正面的輻射單元2的下邊緣在背面的投影相距一距離，在本發(fā)明的一個具體實施例中，相距的距離為0.1mm。本發(fā)明的一個具體實施例中，采用的介質板是介電常數為4.2的玻璃纖維板，介質板的長度和寬度分別為39mm和19.5mm,厚度為0.762mm,通過印刷制版和腐蝕的方式分別在其正面形成輻射單元2和微帶饋電單元3，在其背面形成接地單元4。其中，月牙形輻射單元2的橢圓弧半徑分別為13.5mm和9mm,圓弧半徑為7mm,月牙形的直邊長度為4mm ；呈直角梯形的微帶饋電單元3的頂部為0.762mm,底部為1.8mm,高20.6mm ;接地單元4高20.5mm,寬 19.5mm。圖4是前述具體實施例的天線反射系數Sll的仿真和實測結果，實測中采用Agilent E8363C網絡分析儀。由圖4可以看出，實測的工作頻率范圍(Sn〈-10dB)為3.2
10.88GHz，仿真的工作頻段范圍大于實測的范圍，仿真和測試數據表明本發(fā)明的天線確實實現(xiàn)了超寬帶特性，天線基本可以在3.1 10.6GHz的超寬帶工作頻段內獲得良好的阻抗匹配效果。本發(fā)明的超寬帶天線，為矩形介質板雙面覆銅的印刷電路板。制作時，將其正面的月牙形輻射單元及微帶饋電單元處的銅箔保留，其背面的接地單元處的銅箔保留，其余部分的銅箔去除。本發(fā)明可以看作是沿對稱天線的中心軸將原對稱天線裁掉一半之后調節(jié)饋電單元和介質板得到的。本發(fā)明是非對稱天線，它具有原來對稱天線的全部尺寸結構，所以它在整個UWB頻段的輻射特性和匹配特性都與原對稱天線相似。綜上所述，本發(fā)明的小型化不對稱平面超寬帶天線在超寬帶范圍內具有良好的阻抗匹配特性，平坦的增益，非常適合超寬帶信號的傳輸。該天線采用印刷結構，平面化，面積小，有利于加工制作和系統(tǒng)集成，適用于超寬帶無線通信領域。
權利要求
1.一種小型化不對稱平面超寬帶天線，其特征在于:由介質板(I)、設置于介質板(I)正面的由導電介質構成的輻射單元(2)和微帶饋電單元(3)、以及設置于介質板(I)背面的由導電介質構成的接地單元(4)組成。
2.如權利要求1所述的小型化不對稱平面超寬帶天線，其特征在于:所述的導電介質為介質板(I)表面的覆銅層:銅箔。
3.如權利要求2所述的小型化不對稱平面超寬帶天線，其特征在于:輻射單元(2)的底部與微帶饋電單元(3)的頂部相連,使福射單元(2)與微帶饋電單元(3)合成為一個導電體；接地單元(4)位于介質板(I)的背面下部。
4.如權利要求3所述的小型化不對稱平面超寬帶天線，其特征在于:所述的輻射單元(2)呈月牙形，它由一條半橢圓弧(2-1)、一條半圓弧(2-2)和一條直線(2-3)合圍而成；半橢圓弧(2-1)和半圓弧(2-2)在頂端相交，直線連接在半橢圓弧(2-1)和半圓弧(2-2)的底端之間；半橢圓弧(2-1)和半圓弧(2-2)的頂端的相交點重合于介質板(I)頂端的一個側邊上，而直線(2-3)也和所述的側邊相重合。
5.如權利要求3或4所述的小型化不對稱平面超寬帶天線，其特征在于:位于輻射單元(2)下方的微帶饋電單元(3)的寬度由窄變寬，形成一直角梯形；直角梯形的高與介質板(O的上述同一側邊相重合，直角梯形的底邊與介質板(I)底端邊緣重合。
6.如權利要求5所述的小型化不對稱平面超寬帶天線，其特征在于:微帶饋電單元(3)的特性阻抗也由窄邊處的80歐姆逐漸減小至寬邊處的50歐姆。
7.如權利要求2或3所述的小型化不對稱平面超寬帶天線，其特征在于:接地單元(4)為矩形，接地單元(4)的兩個側邊和底邊分別與介質板(I)的兩側邊和底端邊緣重合，即接地單元(4)覆蓋了介質板(I)下部的整個表面。
8.如權利要求7所述的小型化不對稱平面超寬帶天線，其特征在于:接地單元(4)上邊緣與位于介質板(I)正面的輻射單元(2)的下邊緣在背面的投影相距一距離。
9.如權利要求8所述的小型化不對稱平面超寬帶天線，其特征在于:接地單元(4)上邊緣與位于介質板(I)正面的輻射單元(2)的下邊緣在背面的投影相距的距離為0.1mm。
全文摘要
本發(fā)明公開一種小型化不對稱平面超寬帶天線。其結構為在介質板的正面設置有用導電介質構成的月牙形輻射單元和與輻射單元相連接的由細變粗的微帶饋電單元，在絕緣介質板的背面設置有導電介質構成的矩形接地單元。矩形接地單元的上邊緣與位于介質板正面的輻射單元的下邊緣在背面的投影位置相距0.1mm。本發(fā)明具有結夠簡單，尺寸小，制造成本低，易于批量生產等優(yōu)點。
文檔編號H01Q1/38GK103151610SQ20131008948
公開日2013年6月12日 申請日期2013年3月20日 優(yōu)先權日2013年3月20日
發(fā)明者楊治麗, 陳美娥, 王均宏, 張展, 李錚 申請人:北京交通大學