一種融合槽線超寬帶濾波單元的一體化超寬帶天線的制作方法
【專利摘要】一種融合槽線超寬帶濾波單元的一體化超寬帶天線，由一個(gè)枝節(jié)加載槽線諧振單元和一個(gè)六邊形貼片輻射單元級(jí)聯(lián)構(gòu)成；所述的六邊形貼片輻射單元由一個(gè)梯形和矩形結(jié)合的六邊形貼片主輻射單元和一個(gè)漸變的微帶線構(gòu)成；所述的枝節(jié)加載槽線諧振單元由一個(gè)兩端連接階躍阻抗單元的U形槽線諧振單元和三個(gè)加載的槽線枝節(jié)構(gòu)成；其中，三枝節(jié)均勻分布在諧振器中，中間枝節(jié)末端連接槽線圓環(huán)貼片。本發(fā)明與傳統(tǒng)超寬帶濾波器相比，在保證電路體積的前提下，大大提高了超寬帶天線的帶外抑制特性；本發(fā)明有效地減小了天線在級(jí)聯(lián)時(shí)所產(chǎn)生的反射和損耗，使整體性能得到了提高。本發(fā)明在不改變其饋線結(jié)構(gòu)情況下，實(shí)現(xiàn)了超寬帶的頻率選擇性。
【專利說(shuō)明】一種融合槽線超寬帶濾波單元的一體化超寬帶天線
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于無(wú)線通信【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種一體化超寬帶天線。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著科技水平的不斷發(fā)展和進(jìn)步，超寬帶系統(tǒng)因其傳輸速度快，安全性能高而備受關(guān)注。超寬帶天線作為系統(tǒng)中的重要元件已經(jīng)成為新的研究熱點(diǎn)。按照美國(guó)通信委員會(huì)對(duì)超寬帶天線工作頻率范圍的規(guī)定，其標(biāo)準(zhǔn)頻帶范圍在3.lGHz-10.6GHz之間。但是，目前設(shè)計(jì)的超寬帶天線中，許多天線的帶寬并不是嚴(yán)格意義上的超寬帶天線。為了得到標(biāo)準(zhǔn)的超寬帶范圍，因其極寬的頻段覆蓋范圍，調(diào)整將會(huì)相對(duì)困難，而且也會(huì)增大天線的復(fù)雜度。同時(shí)，在極寬的帶寬下，干擾信號(hào)必然也會(huì)通過(guò)天線，增大對(duì)系統(tǒng)的干擾。所以，為了解決這一問(wèn)題，一般在天線的前端引入濾波元件。目前通過(guò)在天線前端額外引入濾波器元件，確實(shí)達(dá)到了抑制帶外信號(hào)的效果，但是，這將以增大電路的體積和重量為代價(jià)，并不經(jīng)濟(jì)實(shí)用。因此，理想的方案便是引入具有濾波功能的單元，其諧振單元既不能改變?cè)炀€基本輻射結(jié)構(gòu)，又不能增大整個(gè)電路的面積，同時(shí)實(shí)現(xiàn)天線的標(biāo)準(zhǔn)超寬帶特性。在傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，一般的做法是不改變?yōu)V波器的結(jié)構(gòu)參數(shù)，將他們直接級(jí)聯(lián)，但是，由于濾波單元和貼片天線內(nèi)部存在的反射和不匹配，將會(huì)大大影響一體化天線系統(tǒng)的性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明提出一種融合 槽線濾波單元的一體化超寬帶天線。本發(fā)明采用一種枝節(jié)加載槽線諧振單元和一種六邊形貼片輻射單元級(jí)聯(lián)一體化的方法來(lái)設(shè)計(jì)一種融合槽線濾波單元的一體化超寬帶天線。
[0004]本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。
[0005]本發(fā)明所述的一種融合槽線超寬帶濾波單元的一體化超寬帶天線，由一個(gè)枝節(jié)加載槽線諧振單元和一個(gè)六邊形貼片輻射單元級(jí)聯(lián)構(gòu)成。
[0006]本發(fā)明所述的六邊形貼片輻射單元由一個(gè)梯形和矩形結(jié)合的六邊形貼片主輻射單元和一個(gè)漸變的微帶線構(gòu)成。
[0007]本發(fā)明所述的枝節(jié)加載槽線諧振單元由一個(gè)兩端連接階躍阻抗單元的U形槽線諧振單元和三個(gè)加載的槽線枝節(jié)構(gòu)成；其中，三枝節(jié)均勻分布在諧振器中，中間枝節(jié)末端連接槽線圓環(huán)貼片。
[0008]本發(fā)明所述的枝節(jié)加載槽線諧振單元的帶寬為3.1GHz^l0.6GHz。
[0009]本發(fā)明所述的梯形和矩形結(jié)合的六邊形貼片主輻射單元(I)的帶寬應(yīng)覆蓋超寬帶頻段范圍(3.1GHfl0.6GHz)，即最小帶寬應(yīng)達(dá)到7.5GHz，本發(fā)明采用的梯形和矩形結(jié)合的六邊形貼片主輻射單元帶寬為16GHz，頻段范圍為2.27GHz~18.18GHz。
[0010]本發(fā)明所述的漸變的微帶線，在實(shí)現(xiàn)阻抗匹配的同時(shí)，還實(shí)現(xiàn)了一體化天線的設(shè)計(jì)，并相應(yīng)地減少了電路尺寸。
[0011]本發(fā)明所述的枝節(jié)加載槽線諧振單元被蝕刻在一體化超寬帶天線的接地面，充分利用了接地板的面積，并且實(shí)現(xiàn)了良好的超寬帶特性。
[0012]本發(fā)明采用枝節(jié)加載槽線諧振單元和六邊形貼片輻射單元的聯(lián)合設(shè)計(jì)，降低由一體化天線系統(tǒng)內(nèi)部的反射與不匹配帶來(lái)的影響，提高系統(tǒng)性能。本發(fā)明將梯形和矩形結(jié)合的六邊形貼片主輻射單元等效為具有一定反射系數(shù)的終端負(fù)載，并依此計(jì)算出天線-濾波單元的整體反射系數(shù)，根據(jù)在理想情況下，反射系數(shù)為零，即不產(chǎn)生反射時(shí)，給出系統(tǒng)所需要滿足的條件，并依此條件對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行整體調(diào)整；枝節(jié)加載槽線諧振單元被蝕刻在一體化天線的地面，充分利用了接地板的面積。
[0013]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的有益效果是，本發(fā)明與傳統(tǒng)超寬帶濾波器相比，在保證電路體積的前提下，大大提高了超寬帶天線的帶外抑制特性；一般傳統(tǒng)的天線-濾波器聯(lián)合設(shè)計(jì)中，先是將各單元獨(dú)立設(shè)計(jì)優(yōu)化，再直接進(jìn)行級(jí)聯(lián)，一方面使得射頻電路的結(jié)構(gòu)尺寸增大，另一方面由于單元間的互相影響使得級(jí)聯(lián)后的總體性能惡化；而本發(fā)明采用一體化設(shè)計(jì)，將濾波單元蝕刻在一體化天線的接地面上，不會(huì)增加電路尺寸，同時(shí)，將梯形和矩形結(jié)合的六邊形貼片主輻射單元看做為具有一定反射系數(shù)的終端負(fù)載，并把六邊形貼片輻射單元和枝節(jié)加載槽線諧振單元看成是一個(gè)整體系統(tǒng)，對(duì)此系統(tǒng)的反射系數(shù)進(jìn)行分析與調(diào)整，有效地減小了天線在級(jí)聯(lián)時(shí)所產(chǎn)生的反射和損耗，使整體性能得到了提高。同時(shí)傳統(tǒng)的一體化天線設(shè)計(jì)中，通過(guò)在饋線上面開(kāi)槽，只能實(shí)現(xiàn)特定窄帶頻率陷波的效果，而本發(fā)明通過(guò)在接地面開(kāi)槽，引入槽線超寬帶濾波單元，而不改變其饋線結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了超寬帶的頻率選擇性。
[0014]本發(fā)明適合微波超寬帶天線使用。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0015]圖1為本發(fā)明正面結(jié)構(gòu)圖。
[0016]圖2為本發(fā)明背面結(jié)構(gòu)圖。
[0017]圖3為未級(jí)聯(lián)時(shí)梯形和矩形結(jié)合的六邊形貼片主輻射單元的S11 (回波損耗)參數(shù)圖。
[0018]圖4為未級(jí)聯(lián)時(shí)枝節(jié)加載槽線諧振單元的S11 (回波損耗)和S21 (插入損耗)參數(shù)圖。
[0019]圖5為本發(fā)明融合槽線超寬帶濾波單元的一體化超寬帶天線的S11 (回波損耗)參數(shù)圖。
[0020]圖中，I是六邊形貼片主輻射單元；2為漸變的微帶線；3是一體化超寬帶天線的輸入端口 ；5是一體化天線背面的接地面；7是U形槽線諧振單元；8和12是階躍阻抗單元；6，9和11是槽線枝節(jié)；10是圓環(huán)貼片；4是介質(zhì)板。
【具體實(shí)施方式】
[0021]本發(fā)明將通過(guò)以下實(shí)施例作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0022]本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】如圖1和圖2所示。
[0023]融合槽線超寬帶濾波單元的一體化超寬帶天線，由一個(gè)枝節(jié)加載槽線諧振單元和一個(gè)六邊形貼片輻射單元級(jí)聯(lián)構(gòu)成。六邊形貼片輻射單元設(shè)置在介質(zhì)板4的正面，枝節(jié)加載槽線諧振單元蝕刻在介質(zhì)板4的背面；包括六邊形貼片輻射單元、枝節(jié)加載槽線諧振單元和一體化超寬帶天線的輸入端口(以下簡(jiǎn)稱輸入端口)3組成。
[0024]六邊形貼片輻射單元由一個(gè)梯形和矩形結(jié)合的六邊形貼片主輻射單元(以下簡(jiǎn)稱主輻射單元)1、和一個(gè)漸變的微帶線2構(gòu)成。漸變的微帶線2呈“L”形，豎直部分的寬度由窄漸變寬，尖端與梯形和矩形結(jié)合的六邊形貼片主輻射單元I相連接；輸入端口 3呈倒“L”形。
[0025]枝節(jié)加載槽線諧振單元蝕刻在一體化超寬帶天線背面的接地面5上。枝節(jié)加載槽線諧振單元由U形槽線諧振單元7，U形槽線諧振單元7兩端的階躍阻抗單元8、12，加載在U形槽線諧振單元7上面的槽線枝節(jié)6、9、11，和一個(gè)中間槽線枝節(jié)6末端的圓環(huán)貼片10所組成。階躍阻抗單元8連接U形槽線諧振單元7的端部，階躍阻抗單元12連接U形槽線諧振單元7的端部；槽線枝節(jié)6、9、11垂直于U形槽線諧振單元7，并相互平行、均勻分布連接在U形槽線諧振單元7上，其中槽線枝節(jié)6位于中間位置，槽線枝節(jié)6的末端設(shè)置有圓環(huán)貼片10。
[0026]本實(shí)施例的一體化超寬帶天線，如圖1和圖2所示，信號(hào)由輸入端口 3 (特性阻抗為50歐姆)輸入，耦合至地面的枝節(jié)加載槽線諧振單元，此時(shí)處于超寬帶頻段范圍之外的信號(hào)均被抑制，而后信號(hào)耦合至漸變的微帶線2，通過(guò)主輻射單元I向外界輻射。為了增大輸入饋線與枝節(jié)加載槽線諧振單元之間的耦合，將輸入端口 3進(jìn)行彎折處理。信號(hào)經(jīng)枝節(jié)加載槽線諧振單元耦合至漸變的微帶線2，將漸變的微帶線2進(jìn)行漸變式處理以達(dá)到阻抗匹配的效果。
[0027]本實(shí)施例中，將天線單元和濾波單元一體化設(shè)計(jì)。將主輻射單元等效為具有一定反射系數(shù)的終端負(fù)載，并依此計(jì)算出天線-濾波單元的整體反射系數(shù)，根據(jù)在理想情況下，反射系數(shù)為零，即不產(chǎn)生反射時(shí)，給出系統(tǒng)所需要滿足的條件，并依此條件對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行整體調(diào)整。
[0028]本實(shí)施例中，將天線單元和濾波單元一體化設(shè)計(jì)。如圖3所示，為主輻射單元的Sn(回波損耗)參數(shù)圖，該天線主輻射單元工作在2.27GHz~18.18GHz頻段處。如圖4所示，為枝節(jié)加載槽線諧振單元的頻率響應(yīng)圖，其工作頻段為3.05GHz^l0.5GHz。如圖5所示，為一體化超寬帶天線的頻率響應(yīng)圖，其工作頻段為3.02GHz^l0.45GHz ο
[0029]本實(shí)施例中，應(yīng)用級(jí)聯(lián)的方式，將枝節(jié)加載槽線諧振單元和六邊形貼片輻射單元級(jí)聯(lián)，并通過(guò)濾波單元達(dá)到頻率選擇的作用，且濾波單元位于天線的接地面，使得接地面的面積得到充分利用，同時(shí)枝節(jié)加載槽線諧振單元并未影響六邊形貼片輻射單元在超寬帶范圍內(nèi)的輻射特性，達(dá)到了小型化的效果的同時(shí)，也實(shí)現(xiàn)了良好的超寬帶特性。
【權(quán)利要求】
1.一種融合槽線超寬帶濾波單元的一體化超寬帶天線，其特征是由一個(gè)枝節(jié)加載槽線諧振單元和一個(gè)六邊形貼片輻射單元級(jí)聯(lián)構(gòu)成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一體化超寬帶天線，其特征是所述的六邊形貼片輻射單元由一個(gè)梯形和矩形結(jié)合的六邊形貼片主輻射單元和一個(gè)漸變的微帶線構(gòu)成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一體化超寬帶天線，其特征是所述的枝節(jié)加載槽線諧振單元由一個(gè)兩端連接階躍阻抗單元的U形槽線諧振單元和三個(gè)加載的槽線枝節(jié)構(gòu)成；其中,三枝節(jié)均勻分布在諧振器中，中間枝節(jié)末端連接槽線圓環(huán)貼片。
【文檔編號(hào)】H01Q1/48GK103943950SQ201410191742
【公開(kāi)日】2014年7月23日 申請(qǐng)日期:2014年5月8日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月8日
【發(fā)明者】官雪輝, 熊濤, 楊芳祺, 汪中岳, 汪蘇文, 劉海文 申請(qǐng)人:華東交通大學(xué)