[实用新型]超宽带微带天线

说明书

技术领域

本实用新型涉及天线，尤其涉及一种超宽带微带天线。 

技术背景

微带天线具有体积小,重量轻,低剖面,制造简单,成本低,易集成,容易实现双频、多频段工作等诸多优点,因此近十几年微带天线得到了广泛的研究和发展。超宽带通信技术(UWB，Ultra-wide Band)是一种以极低功率谱密度在短距离内高速传输数据的大带宽无线通信技术。超宽带技术具有带宽大、传输速率高、抗干扰性强等优点，因此被广泛应用于通信、雷达和军事等方面。为了实现超宽带天线与其它无线传输技术的兼容和系统集成，需要设计宽频带、低成本、低复杂性的小型化超宽带天线。这就要求天线的尺寸小、体积小、可集成度高。在减小天线尺寸的同时又不影响天线性能，这是一项具有挑战性的工作。但是微带天线的单元增益较低，因此常采用由微带贴片单元组成的微带阵列天线来获得更大的增益或实现特定的方向性。 

市场上已有的一些超宽带微带天线虽然能宽频工作，但是，定向性能差，损耗大，因此迫切需要研究出一种高增益、低损耗、宽频工作的阵列天线来满足超宽带通信系统的要求。通过正确地选择散射介质的尺寸、材料和形状，它可以阻止电磁波在某个方向或者所有方向上的传播，已经被广泛地应用在滤波器、功分器等微波电路的设计中。 

发明内容

本实用新型的目的是为了克服现有技术频带窄、损耗大的不足，提供一种超宽带微带天线。 

为了达到上述目的，本实用新型的技术方案如下： 

超宽带微带天线包括微带基板、辐射贴片、阻抗匹配输入微带线、矩形金属接地板；微带基板上表面设有辐射贴片和阻抗匹配输入微带线，辐射贴片上从上到下顺次设有阶梯形贴片、两个圆形开槽和一个弧形开槽，辐射贴片底端与阻抗匹配输入微带线一端相连，阻抗匹配输入微带线的另一端与微带基板的底端相连；微带基板下表面设有矩形金属接地板，矩形金属接地板的底端与微带基板的底端相连。 

所述的微带基板为FR4材料。所述的微带基板的长为40mm～42mm，宽为49mm～51mm。所述的辐射贴片为半圆形和阶梯形复合结构，半圆形贴片的半径为9mm～11mm，阶梯形贴片为三层结构，长为19mm～20mm，宽为9mm～ 11mm。所述的圆形开槽的半径为3mm～4mm；弧形开槽的外圆半径为7mm～8mm，槽宽为0.5mm～1mm。所述的阻抗匹配输入微带线与辐射贴片采用微带线馈电连接，特性阻抗为50Ω。所述的阻抗匹配输入微带线的宽度为3mm～4mm。所述的矩形金属接地板的长为40mm～42mm，宽为17mm～20mm。 

本实用新型工作频带内具有稳定的辐射特性、损耗低、成本低，结构简单、易于制作。 

附图说明：

图1是超宽带微带天线正面的结构示意图； 

图2是超宽带微带天线背面的结构示意图； 

图3是超宽带微带天线插入损耗曲线图； 

图4是超宽带微带天线在3.5GHz时的辐射方向图； 

图5是超宽带微带天线在5.2GHz时的辐射方向图； 

图6是超宽带微带天线在5.5GHz时的辐射方向图； 

图7是超宽带微带天线在5.8GHz时的辐射方向图。 

具体实施方式

超宽带微带天线包括微带基板1、辐射贴片2、阻抗匹配输入微带线6、矩形金属接地板7；微带基板1上表面设有辐射贴片2和阻抗匹配输入微带线6，辐射贴片2上从上到下顺次设有阶梯形贴片3、两个圆形开槽4和一个弧形开槽5，辐射贴片2底端与阻抗匹配输入微带线6一端相连，阻抗匹配输入微带线6的另一端与微带基板1的底端相连；微带基板1下表面设有矩形金属接地板7，矩形金属接地板7的底端与微带基板1的底端相连。 

所述的微带基板1为FR4材料。所述的微带基板1的长为40mm～42mm，宽为49mm～51mm。所述的辐射贴片2为半圆形和阶梯形复合结构，半圆形贴片的半径为9mm～11mm，阶梯形贴片3为三层结构，长为19mm～20mm，宽为9mm～11mm。所述的圆形开槽4的半径为3mm～4mm；弧形开槽5的外圆半径为7mm～8mm，槽宽为0.5mm～1mm。所述的阻抗匹配输入微带线6与辐射贴片2采用微带线馈电连接，特性阻抗为50Ω。所述的阻抗匹配输入微带线6的宽度为3mm～4mm。所述的矩形金属接地板7的长为40mm～42mm，宽为17mm～20mm。 

实施例1 

超宽带微带天线： 

选择介电常数为4.4的FR4材料制作微带基板，厚度为1.5mm。微带基板的长为41mm，宽为50mm。辐射贴片为半圆形和阶梯形复合结构，半圆形贴片 的半径为10mm，阶梯形贴片为三层结构，长为20mm，宽为10mm～11mm。圆形开槽的半径为3mm；弧形开槽5的外圆半径为7.5mm，槽宽为0.7mm。阻抗匹配输入微带线与辐射贴片采用微带线馈电连接，特性阻抗为50Ω。阻抗匹配输入微带线的宽度为3.4mm。矩形金属接地板的长为41mm，宽为18mm。运用软件对超宽带微带天线的插入损耗曲线和增益等辐射特性进行了仿真测量，所得的超宽带微带天线的插入损耗曲线如图3。由图3可见，在3.09~8.62GHz范围内插入损耗小于-10dB，完全可以覆盖无线局域网标准3.5GHz段3.30~3.80GHz的整个频率范围、5.2GHz段5.15~5.35GHz的整个频率范围、5.5GHz段5.25~5.85GHz的整个频率范围以及5.8GHz段5.725~5.85GHz的整个频率范围。图4-图7所示为超宽带微带天线分别在3.5GHz、5.2GHz、5.5GHz、5.8GHz时的辐射方向图和辐射方向图，在频率为3.5GHz时的增益为3.2dBi，半功率波瓣宽度为81.6°，在频率为5.2GHz时的增益为4.4dBi，半功率波瓣宽度为65.8°，在频率为5.5GHz时的增益为4.4dBi，半功率波瓣宽度为63°，在频率为5.8GHz时的增益为4.2dBi，半功率波瓣宽度为60.9°。