[发明专利]一种小型化的超宽带天线

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有较小尺寸的超宽带天线，特别是一种用于无线通信设备的天线，例如在U盘大小的便携式移动电子设备上使用的超宽带天线。本发明的天线主要针对3.1GHz～10.6GHz频段，设计满足应用需求的超宽带天线。

背景技术

超宽带(ultra-wide band UWB)无线电技术是无线领域的新兴技术，它具有高速率、低成本、低功耗等特点，是下一代短距离高速率无线通信的最佳候选技术之一。同时它与其它现存的传统无线技术共享频带，这为解决目前日趋紧张的频谱资源提供了一个很好的解决方案。超宽带无线电技术在无线通信、雷达、跟踪、精确定位、武器控制等众多领域都具有广阔的应用前景。超宽带的概念由美国国防高级研究计划局(DARPA)于1989年首次做出了明确的定义，即绝对带宽大于1.5GHz或相对带宽大于20％，但超宽带技术仅在雷达遥感和军事通信中应用。直到2002年4月，美国联邦通信委员会(FCC)通过了UWB技术的商用许可，同时对民用领域超宽带的涵义进行调整，开放了三个UWB应用频段：低于960MHz、3.1GHz～10.6GHz和22GHz～29GHz，在通信技术方面的应用当前集中在3.1GHz～10.6GHz频段内，超宽带无线通信在民用领域开始受到普遍关注。天线作为超宽带通信系统的关键部件，已经逐渐成为当前世界天线研究领域的热点之一，全球许多国家已经陆续启动了超宽带天线研究计划。

超宽带天线的设计比传统窄带天线的设计面临更多的挑战。超宽带终端设备多为便携式移动设备，所以要求天线具有平面结构，并且体积要小，同时还要有较好的输入匹配和辐射特性。常规的描述窄带天线性能的参数，诸如阻抗匹配、增益、极化等已经不足以对超宽带天线做出充分的描述，超宽带天线在满足其阻抗带宽涵盖FCC规定的频带范围的同时，还要对脉冲波形有很好的保真度、有较高的辐射效率等新的技术要求。

现有的超宽带天线能够实现所需频段内的技术要求，但是体积都偏大，参见：H.Schantz.，A brief history of UWB antennas[J].Aerospace and electronicSystems Magazine，2004，19(4)：22-26。现有技术的这一不足使得超宽带技术在小体积设备，例如要用在像U盘大小的设备时，受到一定的限制。

发明内容

本发明提供一种具有较小尺寸的超宽带天线，在保持天线良好的电性能要求下，本发明可极大的减小天线的几何尺寸，使其能够用在像U盘大小，甚至更小的便携式移动电子设备上。

本发明的一种小型化的超宽带天线，包括：介质板、设置于介质板上的由导电体构成的辐射单元、接地单元和馈电单元，以及与同轴电缆相接的微波接头。本发明所用的介质板由低介电常数的物质构成，介质板的正面设置有其半圆形直边与介质板的一个边缘重合的半圆形辐射单元，辐射单元与馈电单元相连，介质板的背面设置有带有半圆鞍形内凹形状的接地单元，位于介质板正面的馈电单元和位于介质板背面的接地单元分别通过微波接头与同轴电缆的屏敝导线、中芯导线相接，其具体的接线方法为：连接辐射单元的馈电单元通过微波接头与同轴电缆的中芯导线相接，而接地单元通过微波接头与同轴电缆的屏敝导线相接；或者连接辐射单元的馈电单元通过微波接头与同轴电缆的屏敝导线相接，而接地单元通过微波接头与同轴电缆的中芯导线相接。这里的馈电单元最简单的方式是分别与辐射单元和微波接头相连的导线。本发明的天线中，接地单元的半圆鞍形内凹形状的直边与介质板的正面设置的半圆形辐射单元的直边重合；介质板背面的接地单元的半圆鞍形内凹形状在介质板正面的投影内含介质板正面的半圆形辐射单元，也就是说介质板正面的辐射单元的单元其在介质板背面的投影位置是位于介质板背面的接地单元之内，且不内切；辐射单元半圆的半径R₁与接地单元的半圆鞍形内凹的半径R₂之比等于5～9∶7～17；介质板为：长度≥(2R₂+1毫米)、宽度≥(R₂+1/2毫米)的矩形。

本发明的小型化的超宽带天线的最佳结构为：所用的介质板为矩形的双面敷铜的印刷电路板，其正面的半圆形辐射单元内及馈电单元处的铜箔保留；其背面的接地单元半圆鞍形内凹形状的半圆内的铜箔去除，保留其余部分的铜箔。

本发明实施实施例的介质板宽为10毫米，长为20毫米，R₁为4.5毫米，R₂为7.5毫米，辐射单元的半圆圆心与接地单元的半圆圆心距离为2.8毫米。