本發(fā)明屬于天線技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種小型化單極子超寬帶天線。

背景技術(shù)：

自美國通信聯(lián)邦委員會(FCC)將3.1GHz-10.6GHz頻段投入民用以來，無線通信系統(tǒng)對天線覆蓋帶寬的要求也隨之提高，超寬帶(UWB)天線以其高傳輸率、低發(fā)射功率、抗干擾能力強等優(yōu)點得到了廣泛的關(guān)注和研究。另一方面，隨著移動手持終端和微波集成電路的快速發(fā)展，天線小型化的設(shè)計也逐漸成為一種趨勢。單極子UWB天線的尺寸只有傳統(tǒng)對偶振子結(jié)構(gòu)天線的二分之一，大概為四分之一波長，能夠?qū)崿F(xiàn)UWB特性且隨頻率變化不明顯，與射頻PCB電路集成容易，鑒于諸多優(yōu)點，單極子UWB天線被廣泛應(yīng)用于UWB天線設(shè)計中。近年來，國內(nèi)外學(xué)者相繼提出了各種各樣的小型化單極子UWB天線，但是在延伸對稱枝節(jié)方面，大都沒有涉及枝節(jié)非對稱、枝節(jié)彎曲以減小空間、加載多枝節(jié)實現(xiàn)多諧振等情況，并且多數(shù)天線沒有考慮地板因素在UWB頻段內(nèi)的微調(diào)作用。

綜上所述，現(xiàn)有的單極子UWB天線在小型化和寬帶化存在尺寸較大，寬帶化不足的缺陷。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種小型化單極子超寬帶天線，旨在解決現(xiàn)有的單極子UWB天線在小型化和寬帶化存在尺寸較大，寬帶化不足的問題。

本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的，一種小型化單極子超寬帶天線，所述小型化單極子超寬帶天線設(shè)置有：

基板；

圓形輻射貼片；

接地板；接地板靠近圓形輻射貼片的一角采用三角形切角，在接地板右側(cè)延伸兩個非對稱枝節(jié)，第一非對稱枝節(jié)與阻抗匹配輸入傳輸線平行，第二非對稱枝節(jié)與阻抗匹配輸入傳輸線垂直，將第二非對稱枝節(jié)朝底端方向彎折；

阻抗匹配輸入傳輸線；阻抗匹配輸入傳輸線的一端與圓形輻射貼片的底端連接，另一端與基板的底端連接，阻抗匹配輸入傳輸線兩側(cè)設(shè)有兩塊接地板；

圓形輻射貼片、阻抗匹配輸入傳輸線與接地板分居在基板的兩側(cè)。

進一步，所述基板采用介電常數(shù)為4.4，厚度為1mm的FR4_epoxy媒介板，其寬度為20mm，高度為21mm。

進一步，所述接地板靠近圓形輻射貼片的一角采用三角形切角技術(shù)。

進一步，所述圓形輻射貼片的半徑為5mm。

進一步，所述阻抗匹配輸入傳輸線與兩側(cè)接地板的距離為0.3mm。

進一步，所述阻抗匹配輸入傳輸線選用50Ω微帶共面波導(dǎo)CPW，寬度為2.6mm，高度為7.3mm。

進一步，所述接地板高度為7mm，左側(cè)接地板寬度為4.4mm，右側(cè)接地板寬度為8.4mm。

進一步，所述第一非對稱枝節(jié)與阻抗匹配輸入傳輸線平行，第二非對稱枝節(jié)與阻抗匹配輸入傳輸線垂直，并將其朝底端方向彎折，彎折部分長度保持與阻抗匹配輸入傳輸線長度相同。

進一步，所述第一非對稱枝節(jié)與第二非對稱枝節(jié)的寬度為1mm，第一非對稱枝節(jié)的高度為12mm～16mm，第二非對稱枝節(jié)彎折部分的高度為7mm，彎折部分與右側(cè)接地板的距離為3mm。

本發(fā)明提供的小型化單極子超寬帶天線，通過縮減接地板尺寸和輻射單元尺寸，并在接地板上延伸非對稱枝節(jié)，使單極子UWB天線變得更加緊湊，整體尺寸20×21×1mm³。通過對輻射貼片和接地板進行參數(shù)優(yōu)化，使得該天線滿足小型化的同時具有優(yōu)秀的UWB特性；通過添加第一非對稱枝節(jié)，補償了UWB 天線低頻處的諧振，圓形輻射貼片與第一非對稱枝節(jié)相結(jié)合，激發(fā)UWB頻段內(nèi)多個輻射模式，相互疊加，能使天線很好地覆蓋3.1GHz-10.6GHz頻段。天線工作帶寬低頻截止頻率可以通過第一非對稱枝節(jié)獨立調(diào)節(jié)，實現(xiàn)天線的小型化；通過添加第二非對稱枝節(jié)，在6.4GHz處提供了一個中頻諧振。此外，將第二非對稱枝節(jié)進行彎折，有效地減小了天線尺寸。

本發(fā)明考慮了接地板尺寸對天線整個UWB頻段性能的影響，通過調(diào)整地板尺寸優(yōu)化了中頻段的性能；在阻抗匹配輸入傳輸線附近采用了地板邊緣三角形切角技術(shù)，減小了輻射貼片和地板間的電磁耦合，改善了高頻附近的性能。通過在接地板添加非對稱輻射枝節(jié)，加強了由于尺寸過小引起的中低頻段性能的不足，在保持優(yōu)良的UWB特性的同時有效地減小了天線的尺寸，便于天線在移動手持終端的集成。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實施例提供的小型化單極子超寬帶天線的結(jié)構(gòu)圖；

圖中：(a)為俯視圖，圖(b)為側(cè)視圖。

圖2是本發(fā)明實施例提供的小型化單極子超寬帶天線第一非對稱枝節(jié)長度對S11參數(shù)的影響示意圖。

圖3是本發(fā)明實施例提供的小型化單極子超寬帶天線的仿真和實測S11與VSWR曲線示意圖。

圖4是本發(fā)明實施例提供的小型化單極子超寬帶天線在3GHz與6GHz下的表面電流密度分布示意圖。

圖5是本發(fā)明實施例提供的小型化單極子超寬帶天線的不同頻率輻射方向示意圖。

具體實施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的應(yīng)用原理作詳細的描述。

如圖1所示，本發(fā)明實施例提供的小型化單極子超寬帶天線包括：基板、圓形輻射貼片、阻抗匹配輸入傳輸線和接地板，還包括兩個非對稱枝節(jié)，其中，本發(fā)明在傳統(tǒng)單極子UWB天線的基礎(chǔ)上，縮減了地板尺寸和輻射單元尺寸，基板(1)的表面設(shè)有圓形輻射貼片(2)、阻抗匹配輸入傳輸線(4)和接地板(3)，圓形輻射貼片、阻抗匹配輸入傳輸線與接地板分居在基板的兩側(cè)，阻抗匹配輸入傳輸線的一端與圓形輻射貼片的底端連接，另一端與基板的底端連接，阻抗匹配輸入傳輸線兩側(cè)設(shè)有兩塊接地板，在接地板右側(cè)延伸兩個非對稱枝節(jié)，將第二非對稱枝節(jié)(6)進行彎折。

所述的基板(1)采用介電常數(shù)為4.4，厚度為1mm的FR4_epoxy媒介板，其寬度為20mm，高度為21mm；接地板(3)靠近圓形輻射貼片(2)的一角采用了三角形切角技術(shù)；所述的圓形輻射貼片(2)的半徑為5mm；阻抗匹配輸入傳輸線(4)與兩側(cè)接地板(3)的距離為0.3mm；所述的阻抗匹配輸入傳輸線(4)選用50Ω微帶共面波導(dǎo)CPW，寬度為2.6mm，高度為7.3mm；所述的接地板(3)高度為7mm，左側(cè)接地板寬度為4.4mm，右側(cè)接地板寬度為8.4mm；第一非對稱枝節(jié)(5)與阻抗匹配輸入傳輸線(4)平行，第二非對稱枝節(jié)(6)與阻抗匹配輸入傳輸線垂直，并將其朝底端方向彎折，彎折部分長度保持與阻抗匹配輸入傳輸線長度相同；所述第一非對稱枝節(jié)(5)與第二非對稱枝節(jié)(6)的寬度為1mm，第一非對稱枝節(jié)的高度為12mm～16mm，第二非對稱枝節(jié)彎折部分的高度為7mm，彎折部分與右側(cè)接地板(3)的距離為3mm。

實施例1

本發(fā)明實施例提供的結(jié)構(gòu)如圖1所示，其中(a)為天線俯視圖，圖(b)為天線側(cè)視圖。包括：基板、圓形輻射貼片、阻抗匹配輸入傳輸線和接地板，還包括兩個非對稱枝節(jié)。本發(fā)明在傳統(tǒng)單極子UWB天線的基礎(chǔ)上，縮減了地板尺寸和輻射單元尺寸；基板1的表面設(shè)有圓形輻射貼片2、阻抗匹配輸入傳輸線4和接地板3，圓形輻射貼片2、阻抗匹配輸入傳輸線4與接地板3分居在基板1的兩側(cè)；阻抗匹配輸入傳輸線4的一端與圓形輻射貼片2的底端連接，另一端與基板1的底端連接；阻抗匹配輸入傳輸線4兩側(cè)設(shè)有兩塊接地板3；在接地板右側(cè)延伸兩個非對稱枝節(jié)5和6，將第二非對稱枝節(jié)6進行彎折。整個天線設(shè)計結(jié)構(gòu)簡單，尺寸緊湊，整體尺寸20×21×1mm³，與一元硬幣大小相近似。

基板1采用介電常數(shù)為4.4，厚度為1mm的FR4_epoxy媒介板，其寬度為20mm，高度為21mm；接地板3靠近圓形輻射貼片的一角采用了三角形切角技術(shù)；圓形輻射貼片2的半徑為5mm；阻抗匹配輸入傳輸線4與兩側(cè)接地板3的距離為0.3mm；阻抗匹配輸入傳輸線4選用50Ω微帶共面波導(dǎo)CPW，寬度為2.6mm，高度為7.3mm；接地板3高度為7mm，左側(cè)接地板寬度為4.4mm，右側(cè)接地板寬度為8.4mm；第一非對稱枝節(jié)5與阻抗匹配輸入傳輸線平行，第二非對稱枝節(jié)6與阻抗匹配輸入傳輸線4垂直，將第二非對稱枝節(jié)6朝底端方向彎折，彎折部分的長度保持與阻抗匹配輸入傳輸線4長度相同；第一非對稱枝節(jié)5與第二非對稱枝節(jié)6的寬度為1mm，第二非對稱枝節(jié)彎折部分的高度為7mm，彎折部分與右側(cè)接地板3的距離為3mm。

圖2給出第一非對稱枝節(jié)5的長度對天線S11參數(shù)的影響。可以看出，第一非對稱枝節(jié)長度的變化對低頻諧振點有影響，而其他頻率處的曲線基本保持不變。低頻諧振點隨著第一非對稱枝節(jié)長度的增加向左移動，逐漸小于3GHz。因此，可以通過調(diào)節(jié)第一非對稱枝節(jié)的長度調(diào)節(jié)UWB天線的低頻截止頻率。

實施例2

如圖1所示，本實例的結(jié)構(gòu)與實施例1相同，其不同參數(shù)在于：第一非對稱枝節(jié)5的長度為14mm。

下面結(jié)合仿真對本發(fā)明的應(yīng)用效果作詳細的描述。

圖3給出了本發(fā)明仿真與實測S11參數(shù)和電壓駐波比VSWR?？梢钥闯?，天線的-10dB帶寬基本覆蓋了3.1GHz-10.6GHz頻段，且第一非對稱枝節(jié)5的引入使得天線在3GHz處發(fā)生諧振。仿真和實測數(shù)據(jù)的微量差異是由于天線制作的精準性、天線焊接SAM頭時的誤差及測量時周圍環(huán)境因素造成的。

圖4給出了采用附圖1所示的天線實現(xiàn)f＝3GHz、6GHz時表面電流密度分布測量結(jié)果。可以看出，天線的電流主要集中在地板兩個非對稱枝節(jié)上，從而驗證了非對稱枝節(jié)的添加對中低頻段性能的改善。

圖5給出了采用附圖1所示的天線實現(xiàn)天線輻射方向測量結(jié)果，其中(a)(b)(c)分別表示頻率為3GHz、6.2GHz和9GHz時天線的仿真輻射方向圖?？梢钥闯?，天線輻射方向圖隨著頻率的變化相對穩(wěn)定。在xoy平面，天線有類似對偶極子“∞”的輻射特性，由于非對稱結(jié)構(gòu)的加載枝節(jié)，不可避免得引起了“∞”的非對稱，如圖4中內(nèi)側(cè)實線所示；在yoz平面，天線基本保持準全向性的輻射特性。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。