[发明专利]新型阻带缝隙超宽带天线

说明书

技术领域

本发明涉及超宽带(UWB)天线，尤其涉及一种新型的阻带缝隙UWB 天线。

背景技术

超宽带(UWB)技术始于20世纪60年代兴起的脉冲通信技术，利用频谱极 宽的超短脉冲进行通信，又称为基带通信、无载波通信，主要用于军用雷达、 定位和通信系统中。2002年2月，美国联邦通信委员会(FCC)向超宽带通信 开放了3.1GHz-10.6GHz频段，并批准了UWB技术用于民用；随后，日本于2006 年8月开放了超宽带频段。由于UWB技术具有传输速率高(1Gbit/s)、抗多径 能力强、功耗低、成本低、穿透能力强、低截获概率、与现有其他无线通信系 统共享频谱等特点，现在已经成为无线个人局域网(WPAN)的首选技术。天线作 为无线通信系统的“耳目”，是超宽带无线通信系统中不可缺少的重要组成部 分。作为超宽带技术关键的超宽带天线，是制约超宽带无线通信信道容量与质 量的重要因素。个人室内局域网低耗高速的数字通信将是其UWB无线技术的主 要应用，其对UWB天线的设计要求包括：阻抗超宽带、方向图超宽带和增益超 宽带，并且要求实现天线的小型化设计。另一方面，在超宽带系统指定的频段 内覆盖了5.15-5.825GHz的无线局域网(WLAN)和3.3-3.6GHz的微波存取 全球互通(WiMAX)等窄带系统通信频段，为了抑制超宽带系统与窄带系统间 潜在的干扰，通常需要在超宽带系统内引入带阻滤波器滤除窄频带，然而，这 势必增大系统的复杂度和成本。一种简单而有效的方法就是使超宽带天线在窄 带的频段内呈现较大的反射系数，即在超宽带天线上引入陷波功能，实现在窄 带频带内的带阻特性。通过引入缝隙陷波结构，能实现UWB天线的滤波功能。 对于各种平面单极子UWB天线，在辐射单极子上开一开路或短路窄带缝隙，或 在地板上开一开路或短路的细缝，在缝隙的基本谐振模式的频率时，电流主要 集中在缝隙周围，能量辐射不出去，从而实现了滤波特性。对于微带馈线的单 极子UWB天线，还可以在微带馈线边上引入半波长的微带谐振器来实现陷波功 能，其滤波的原理和上述引入缝隙滤波的原理相似。对于缝隙UWB天线，可以 通过在微带馈线上开一细缝，或在缝隙中加入微带线来实现陷波特性。例如专 利名称为：具有带阻特性的超宽带天线(专利号200680013917.9)，提出了一 种具有单个陷波特性，应用于超宽带(UWB)通信的天线。该天线由带有枝节 的椭圆单极子组成，并由微带线馈电。椭圆单极子能在3-10.6GHz频段内产 生多谐振，这些谐振频率组合在一起，就实现了超宽带特性。同时在椭圆单极 子上开了一U形缝隙，该缝隙在3.1-10.6GHz频段内产生一谐振频率，相当于 在超宽带天线上并联了一个一阶的带阻滤波器，从而产生陷波特性。又如：专 利名称为：分裂环谐振器耦合馈线实现的多阻带超宽带天线(专利号： 200810019273.5)，提供了一种用于具有多阻带的超宽带天线，由微带馈电的 圆形单极子天线构成UWB天线，应用圆形单极子的多谐振特性产生超宽带。由 分布在微带馈线两边的谐振环实现线波功能。再如：专利名称为：基于非对称 刺状线的改进阻带超宽带天线(专利号：200810019785.1)，提供了一种改进 阻带超宽带天线，天线的辐射单元为一微带馈电的C形单极子，由C形单极 子产生超宽带特性。由微带馈线上开的两条1/4波长的谐振细缝隙产生阻带特 性。上述天线所用的陷波结构，实际上相当于在天线上加入了一阶的带阻滤波 器，实现的滤波性能较差，陷波的陡度不够，带宽较窄，达不到实际应用的滤 波效果。同时，大部分的UWB天线的尺寸大于25×25mm，尺寸较大，不利于 应用在小型化的通信终端中。所以开发研制具有良好滤波特性的UWB天线是 适应超宽带通信发展之急需。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有陷波结构，阻带更陡峭，滤波性能更好，体 积更小的改进阻带缝隙超宽带天线，该天线通过在现有的缝隙超宽带天线中引 入一种新型的组合陷波结构，解决了现有同类型的天线产生的阻带不陡峭的问 题，使天线的滤波性能大大提高，同时又实现了天线的小型化设计。