[发明专利]一种新型超宽带平面单极子天线

说明书

本发明公开了一种新型超宽带平面单极子天线，包括介质基板、辐射贴片、微带馈线、匹配微带线和接地平面单元，所述的辐射贴片、微带馈线与匹配微带线均印制在所述介质基板的的上表面；所述接地贴片单元印制在介质基板的下表面；所述辐射贴片为五层阶梯形式；所述匹配微带线的宽度线性渐变，其下端与微带馈线的上端连接，上端与辐射贴片的下端相连；所述接地平面单元的顶部两侧设有对称的切角结构。上述结构部分除介质基板外全为覆铜金属。本发明的新型超宽带平面单极子天线具有体积小、结构简单、辐射特性好以及阻抗带宽宽等优良特点，可适用于超宽带领域。

技术领域

本技术涉及天线领域，具体涉及一种新型超宽带平面单极子天线。

背景技术

美国通信委员会于2002年将3.1～10.6GHz频段作为超宽带(ultra-wideband，UWB)通信使用，该规则使得超宽带天线技术的研究成为了一个新的研究热点。超宽带技术具有高速传输速率、低功耗和几乎不受多径效应的影响等诸多优点，目前已经广泛应用卫星通信、微波成像等领域。目前基于未来UWB通信系统的应用，无论是短距离线传输还是长距离传输，都需要超宽带天线。在实际的工程应用中，常将带宽比大于或等于10∶1的天线称为超宽带(super-wideband，SWB)天线。

天线作为通讯系统最前端的部件，其主要承担着无线电波的接收和发射等任务，通常而言，天线的性能优劣直接影响着整个通信系统的通信质量。根据上述，超宽带天线在超宽带通信系统中的重要性不言而喻，因此设计研究UWB乃至SWB天线具有十分重要的意义。在UWB通信系统中，UWB天线一般应具备极宽的工作带宽、全向的辐射特性、稳定的增益以及良好的时域特性。与此同时，现代通信技术的日益更新，各种设备的小型化已是大趋所势，UWB天线也在向着小型化不断发展进步，在众多小型化UWB天线中，超宽带天线是当今UWB天线研究领域中的热点。

超宽带天线是在超宽带通信技术的带动下发展起来的，通常采用微带天线来实现超宽带特性。平面单极子天线是微带天线的一种特殊类型，具备了微带天线的大部分优点。如剖面薄、体积小、制造成本低、馈电网络可与天线结构集成，常用在无线局域网和高精度定位等诸多领域。

在文献“A DGS monopole antenna loaded with U-shape stub for UWB MIMOapplications”中就设计了一款微带线馈电的具有DGS结构的开槽矩形超宽带平面单极子天线，仿真和实测数据表明天线可以实现3.18-11GHz的阻抗带宽，但天线尺寸较大，长宽均达到了40mm，并不利于集成。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：针对现有技术的不足提供一种阻抗带宽宽、结构简单、性能稳定、小型化的超宽带平面单极子天线。仿真数据表明，本发明的天线阻抗带宽为3.4-55.4GHz，实现了52GHz的超宽带，覆盖了S、C、X、Ku、K、Ka、U等相当宽泛的频段，且在适用的范围内具有稳定的全向辐射特性。

为实现上述目的，本发明通过以下技术方案来实现：本发明提供一种新型超宽带平面单极子天线，包括介质基板、辐射贴片、微带馈线、匹配微带线和接地贴片单元。其特征在于：所述的辐射贴片、微带馈线与匹配微带线均印制在所述介质基板的同一侧。所述接地贴片单元印制在所述介质基板的另外一侧。所述辐射贴片、微带馈线、匹配微带线于接地贴片单元采用金属结构。所述介质基板为矩形，采用F4B材质。

进一步的，所述微带馈线采用50Ω标准，其上端与线性渐变微带线的下端连接，下端则延申到介质基板的下边缘处。微带线的特性阻抗z与微带线的线宽w、介质基板的厚度H、介质基板的相对介电常数εr以及微带线的线宽T的关系如下：

进一步的，所述匹配微带线的宽度采用线性渐变设计，以此实现微带线阻抗连续变化，建立起从50Ω馈电点到天线输入点的良好的阻抗匹配；匹配微带线的宽边与所述微带馈线的宽度相同并与所述微带馈线为一体结构；其上端宽度小于下端宽度，其上端连接到所述辐射贴片的下端，满足阻抗由小到大的变化。