[发明专利]基于两段型阶梯阻抗谐振器实现多阻带超宽带天线

说明书

技术领域

本发明是一种具有超宽带工作特性并且对于多频率信号干扰能够抑止的超 宽带(Ultra-Wideband，UWB)天线综合设计的技术。所设计天线包含圆盘天线 和两段阶梯阻抗谐振器(Stepped Impedance Resonators SIRs)耦合馈线结构 两部分，具有超宽带天线工作带宽(1.7GHz-10.3GHz)。

背景技术

超宽带通信系统具有高数据传输速率，低成本等诸多有点，逐渐成为室内短 距通信应用的主流。然而当今各种无线通信系统迅猛发展，使得带宽资源越来越 紧张。大量不同种类的通信业务挤占同一频段的现象越来越普遍。相应的，由于 超宽带通信系统几乎占据了11GHz以下所有的带宽(例如美国FCC认定的UWB 频带为3.1GHz-10.6GHz)，就同时和其他多个无线系统间存在特定频段的重叠问 题，例如：IEEE制定的无限局域网WLAN的2.4/5.8GHz频带系统和WiMAX的 3.5GHz/5.8GHz频带系统。这些系统将与超宽带系统相互形成干扰。为了避免这 些潜在的信号干扰，同时保护各个通信系统的正常工作，可以通过在通信系统中 添加相应的阻带滤波器或者设计具有阻带特性的天线实现。在超宽带天线设计 中，将多阻带滤波器和天线综合一体的设计可以构成具有阻带特性的单片天馈线 系统。这种天线除了就有很宽的带宽外，其具有滤波特性的馈线结构使天线在特 定的频率上产生很大的输入电压驻波比。即对于相应频率的信号，天线呈现截止， 不工作的状态，从而起到减小甚至消除超宽带系统与其他通信系统间相互干扰的 作用。目前，已有的阻带天线大都具有单一的阻带，不能对多个频点的信号进行 抑制；或者，具有两个阻带的天线工作带宽受到影响而减小，不满足超宽带特性。 因此，设计一种具有多阻带，超宽带工作带宽的小型化天馈线成为亟待解决的问 题。另一方面，两段段型阶梯阻抗谐振线具有体积小和前两个谐振频率单独可控 的性质，通过两个阶梯阻抗线很容易实现多阻带滤波器的设计。

发明内容

技术问题：本发明的目的是提出一种基于平面印刷电路工艺实现的基于两段 型阶梯阻抗谐振器实现多阻带超宽带天线，不仅具有超宽带特性，而且对于多个 频点的干扰信号有很好的抑制作用。该天线具有结构简单、体积小巧，满足平面 电路集成的要求，并且具有成本低、易加工，便于批量生产等优点，因此适用于 多种抗干扰的超宽带应用场合。

技术方案：所设计天线包含圆盘天线和多阻带滤波器两部分。其中滤波器由 两个两段型阶梯阻抗谐振器与天线馈线相耦合构成。该天线不仅具有超宽带工作 带宽(1.7GHz-10.3GHz)，同时，由两段型阶梯阻抗谐振器耦合馈线部分产生多 个阻带，从而使得天线整体表现出具有多阻带特性的超宽带性能。该天线设计基 于平面印刷电路技术，采用微带线馈电，体积小巧，适合平面高度集成。

本发明的超宽带天线包含圆盘天线和两段型阶梯阻抗谐振器耦合微带线构 成的馈线两部分，通过印刷电路板技术在微波介质基片实现。两段型阶梯阻抗谐 振器耦合微带线结构，可以产生多个特定频点的阻带。同时，两段型阶梯阻抗谐 振器具有成熟的设计公式，使得多阻带天线的设计过程简便快捷。

本发明采用如下技术方案：

该天线包括一块介质基片，和在介质基片上下表面覆盖的两层金属镀层；下 表面金属镀层为馈线部分的金属地，上表面金属镀层包含有天线辐射单元、馈线 以及多带阻滤波器几部分；其中，天线辐射单元采用圆盘形式，圆盘背后无金属 地分布，该形式辐射单元具有超宽带特性；馈线部分采用微带线形式，馈线部分 与天线辐射单元之间连接多带阻滤波器、梯形阻抗变换线，其中梯形阻抗变换线 进行阻抗匹配连接。

多带阻滤波器由两段型阶梯谐振器耦合微带馈线构成，两段型阶梯谐振器中 的第一谐振器由两段具有不同特征阻抗和电长度的第一微带线、第二微带线构 成；第二谐振器由两段具有不同阻抗和电长度的第三微带线、第四微带线构成； 其中，第二微带线、第三微带线与微带馈线平行，实现谐振器与微带线馈线的部 分耦合；第一微带线和第四微带线通过金属通孔与金属地相接，实现短路效应。