李順利，岳宗平，侯守坡

（河南機(jī)電職業(yè)學(xué)院，河南鄭州 451191）

0 引言

美國聯(lián)邦通訊委員會（Federal Communications Commission，F(xiàn)CC）規(guī)范了帶寬為3.1～10.6 GHz 的頻帶作為超寬帶（Ultra-Wide Band，UWB）通信的頻帶，超寬帶平面天線在無線通信、導(dǎo)航、雷達(dá)、軍事、探測和科學(xué)研究中得到了廣泛的應(yīng)用。超寬帶通信技術(shù)具有低功耗、高帶寬、高傳輸速率、低復(fù)雜性、抗多徑能力強(qiáng)、發(fā)射信號功率譜密度低、安全性高等優(yōu)點，在軍事通信、民用數(shù)字家電和消費網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等領(lǐng)域中得到越來越多的重視。有專利提出過一種基于左手材料的超寬帶限波濾波器，該專利結(jié)構(gòu)緊湊、尺寸較小，能在一定范圍內(nèi)起到一定的濾波作用，但是基于左手材料的濾波器整體結(jié)構(gòu)復(fù)雜、不易加工，且濾波范圍不夠精確，而且由于超寬帶頻段內(nèi)還存在著其他窄帶無線通信信號，如X 上波段（7.25～7.75 GHz），因此為了避免窄帶信號對超寬帶天線產(chǎn)生電磁干擾，濾除超寬帶波段中的窄帶信號和擁有簡化結(jié)構(gòu)的裝置是尤為必要的。

1 單陷波天線結(jié)構(gòu)

為了解決天線產(chǎn)生的電磁干擾，濾除不需要的信號，本文提供一種超寬帶單陷波天線。該結(jié)構(gòu)包括基板在內(nèi)，基板內(nèi)設(shè)有同心的第一圓環(huán)和第二圓環(huán)、第一矩形，基板的另一面設(shè)有第二矩形，其中第一矩形與兩個圓環(huán)在同一面上，第一圓環(huán)與第一矩形為一個整體；第二圓環(huán)在第一圓環(huán)內(nèi)，第二圓環(huán)與第一圓環(huán)之間為開口凹槽；第二矩形與接地板垂直固定，開口凹槽開口部分的中心、第一圓環(huán)的圓心、第一矩形的中心在同一直線；第二矩形的缺口的中心在所述直線上，第一圓環(huán)、第二圓環(huán)、第一矩形、第二矩形表面覆銅（圖1～圖5）。圖中，基板的長為L，寬為W；第一圓環(huán)的外徑為R1、內(nèi)徑為R2；第二圓環(huán)的外徑為R3，內(nèi)徑為r；第一凹槽的開口長度為d；第一矩形的邊長為h 和d1，第一矩形的長為h 的一邊到平行于基板一邊的距離為d2；第二矩形的邊長為L1和L；缺口的邊長為W1和L2。開口凹槽具有阻帶特性，利用其阻帶特性，在超寬帶天線上設(shè)置開口凹槽，可以使超寬帶天線具有陷波功能，解決了濾除窄帶信號對超寬帶天線產(chǎn)生的電磁干擾的濾除范圍不高的問題，并簡化了濾除裝置結(jié)構(gòu)（圖6～圖9）。

圖1 正面示意

圖2 底座示意

圖3 空間示意

圖4 立體示意

圖5 整體示意

圖6 陷波天線的回波損耗S11 曲線

圖7 3.23 GHz 頻率點遠(yuǎn)場輻射

圖8 8.18 GHz 頻率點遠(yuǎn)場輻射

圖9 7.46 GHz 頻率點的天線遠(yuǎn)場輻射

2 單陷波天線工藝

一種超寬帶單陷波天線包括基板，在基板的一面設(shè)置有共同圓心的第一圓環(huán)和第二圓環(huán)，在基板上的第一矩形與兩個圓環(huán)在同一面上；所述第二圓環(huán)在第一圓環(huán)內(nèi)，第二圓環(huán)與第一圓環(huán)上開口凹槽的開口部分的中心、第一圓環(huán)的圓心、第一矩形的中心在同一直線上且所述開口凹槽的開口部分遠(yuǎn)離第一矩形，第一圓環(huán)與第一矩形為一個整體，第一矩形與接地板垂直固定，接地板與基板垂直；第二矩形設(shè)在基板的另一面，第二矩形也與接地板垂直固定，而且第二矩形設(shè)有缺口，缺口的中心在所述直線上；所述第一圓環(huán)、第二圓環(huán)、第一矩形、第二矩形表面覆銅。

缺口可以是矩形。第一矩形、第二矩形分別與接地板焊接固定。所述的基板為通過蝕刻雙面覆銅的FR 微波介質(zhì)的方法制作的基板。

如圖1～圖5 所示：一種超寬帶單陷波天線，基板的一面設(shè)有共同圓心的第一圓環(huán)和第二圓環(huán)，在基板上還設(shè)有第一矩形、第一矩形內(nèi)設(shè)有第二矩形，第一矩形與兩個圓環(huán)在同一面上。第一二圓環(huán)之間的開口凹槽開口中心、第一圓環(huán)的圓心、第一矩形的中心在同一直線上且開口凹槽的開口部分遠(yuǎn)離第一矩形。開口凹槽的開口中心是指開口處的幾何中心，即當(dāng)開口凹槽為未封閉的環(huán)槽時，那么開口中心即為開口處圓弧的中心點；若開口凹槽在實施時為未封閉的矩形，那么開口中心即為開口處連接線的中心點。

第一圓環(huán)和矩形是一個整體，第一矩形與接地板垂直固定，接地板與基板垂直；第二矩形與接地板垂直固定，第二矩形上還有缺口，缺口的中心也在直線上，即缺口的幾何中心、第一矩形的幾何中心、開口凹槽中心三點共線。第一圓環(huán)、第二圓環(huán)、第一矩形、第二矩形表面覆銅，開口凹槽具有阻帶特性，利用其阻帶特性，在超寬帶天線上設(shè)置開口凹槽，可以使超寬帶天線具有陷波功能。

如圖2、圖4、圖5 所示，缺口為矩形。為使第一矩形和第二矩形分別與接地板固定，其固定方式采用焊接。

如圖1～圖5 所示，天線的結(jié)構(gòu)還能通過蝕刻雙面覆銅的FR4 微波介質(zhì)基板的方法制作，相比起在第一圓環(huán)、第二圓環(huán)、第一矩形、第二矩形表面覆銅而言，通過蝕刻雙面覆銅的FR4微波介質(zhì)基板的方法更容易制作天線。

其中天線通過第一矩形進(jìn)行饋電，當(dāng)天線通過接地板接收到高頻電流信號時，信號經(jīng)由基板的正反兩面組成的天線結(jié)構(gòu)變?yōu)闊o線電磁波輻射傳輸，把不需要的信號頻段濾除，高頻電流信號經(jīng)由該超寬帶陷波天線傳輸后把工作范圍內(nèi)的信號傳輸。超寬帶陷波天線在3.37～7.10/7.70～10.53 GHz 頻率段范圍內(nèi)性能良好；在7.10～7.70 GHz 頻率段范圍內(nèi)性能較差，此段信號被濾除。此款天線既滿足了超寬帶天線對于3.10～10.6 GHz 寬頻帶的要求，又能成功濾除與超寬帶重疊的其他波段。

優(yōu)選實施的方法：制作出上述結(jié)構(gòu)的天線，選取的基板材質(zhì)的相對介電常數(shù)εr值為4.6、損耗角正切tanσ 值為0.017，雙面覆銅后FR4 微波介質(zhì)基板的總厚度為1.6 mm，符合本設(shè)計的材料要求。在初步設(shè)計出超寬帶單陷波天線的基本結(jié)構(gòu)之后，采用HFSS 軟件對其進(jìn)行仿真計算：陷波天線在3.37～7.10/7.70～10.53 GHz 頻率段范圍內(nèi)S11＜-10 dB，在7.10～7.70 GHz 頻率段范圍內(nèi)S11＞-10 dB，如圖6 所示；即陷波天線在3.37～7.10/7.70～10.53 GHz 頻率段范圍內(nèi)性能良好，在7.10～7.70 GHz 頻率段范圍內(nèi)性能較差。此款天線既滿足了超寬帶天線對于3.10～10.6 GHz 寬頻帶的要求，又能成功濾除與超寬帶重疊的其他波段。

驗證本結(jié)構(gòu)在非陷波處天線的輻射特性，現(xiàn)隨機(jī)選取3.23 GHz、8.18 GHz 頻率點的天線遠(yuǎn)場輻射，如圖7、圖8 所示。為驗證在7.10～7.70 GHz 頻率段范圍內(nèi)陷波天線的陷波特性，選取7.46 GHz 頻率點的天線遠(yuǎn)場輻射，如圖9 所示。由歸一化輻射方向圖可以看出，在非陷波處即當(dāng)頻率為3.23 GHz、8.18 GHz 時陷波天線的E 面方向圖呈“8”字形結(jié)構(gòu)，H 面方向圖呈圓形結(jié)構(gòu)，在整個頻段內(nèi)近似于等幅全向輻射，符合遠(yuǎn)區(qū)輻射特性；在陷波處即頻率為7.46 GHz 時陷波天線輻射方向圖嚴(yán)重失真，在E 面和H 面呈現(xiàn)不規(guī)則形狀，發(fā)生嚴(yán)重畸變。即說明超寬帶單陷波天線工作在超寬帶范圍內(nèi)，且可濾除X波段窄帶信號，有效避免了窄帶信號對超寬帶產(chǎn)生的影響。

3 結(jié)束語

相對于現(xiàn)有技術(shù)而言，本文提出的結(jié)構(gòu)有益效果是：所述開口凹槽具有阻帶特性，利用其阻帶特性，在超寬帶天線上設(shè)置開口凹槽，可以使超寬帶天線具有陷波功能，解決了濾除窄帶信號對超寬帶天線產(chǎn)生的電磁干擾的濾除范圍不高的問題，以及濾除裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜的問題。