微带超宽带天线制造技术

一种可应用于超宽带（ＵＷＢ）高速无线通讯系统的微带天线，包括印刷电路板和固定在其上的平面金属，所述的金属包括信号金属和地平面金属，其特征在于，其中，地平面金属至少为两块，与信号金属一起构成“地－信号－地”共面波导结构。信号金属和地平面金属可以是在印刷电路板的同一板面上，也可以是在印刷电路板的不同板面上。所述的信号金属的形状为酒杯形或酒杯形的变形，包括柄部和杯身，其中，杯身下部的形状为类似倒三角形或梯形。该天线具有低成本，易加工，小体积和高性能的特点。

【技术实现步骤摘要】
微带超宽带天线
本专利技术属于无线通讯中天线的应用领域，具体涉及应用于3.1-10.6GHz频带的超宽带天线的设计。
技术介绍
超宽带(UWB)通讯技术起源于20世纪50年代末期，此前主要作为军事技术在雷达等通信设备中使用。随着当代无线通信技术的飞速发展，人们对高速无线互连提出了更高的要求，超宽带技术的民用化又被重新提出，并受到人们的关注。超宽带通常是指信号绝对带宽大于500MHz或者是信号带宽与中心频率之比大于25％的脉冲信号。超宽带与常见的通信方式使用的连续载波不同，它采用极短的脉冲信号来传送信息，通常每个脉冲持续的时间只有几十皮秒到几纳秒的时间。这些脉冲所占用的带宽可高达几个GHz，因此最大数据传输速率可以达到几百Mbps至Gbps。在高速通信的同时，UWB设备的发射功率却很小，仅仅是现有设备的几百分之一，这对于普通的非UWB接收机来说近似于噪声，因此从理论上讲，UWB可以与现有无线电设备共享带宽而不干扰现有的其它通讯系统。当前，Intel、Freescale、Sony等知名大公司正在进行UWB无线收发机的研制和开发，并且超宽带在高速无线互连的应用也引起了学术界的极大关注。UWB无线通信除了带宽大，通信速率高之外，还有更多的优点。首先，UWB通信的保密性强。UWB系统的发射功率谱密度非常低，有用信息完全淹没在噪声中，被截获概率很小，被检测的概率也很低，这一点在军事通信上有很大的应用前景。其次，UWB通信采用调时序列，能够抗多径衰落。多径衰落是指反射波和直射波叠加后造成的接收点信号幅度随机变化，而UWB系统每次的脉冲发射时间很短，在反射波到达之前，直射波的发射和接收已经完成。因此，UWB系统特点适合于高速移动环境下使用。更重要的是，UWB通信是无载波的基带通信，UWB通信系统几乎是全数字通信系统，所需要的射频和微波器件很少，这样可以减小系统的复杂性，降低成本。可以说，低成本、低功耗、高速率、简单有效的UWB通信正是我们所期望的无线通信方式。UWB的用途有很多，主要分为军事和民用两个方面。在军事上UWB可以用于低截获率(LPI/D)的内部无线通信系统、LPI/D地波通信、LPI/D高度计、战场手持和网络LPI/D电台、UWB雷达、防撞雷达、警戒雷达、无线标签、接近引信、高精度定位系统、无人-->驾驶飞行器和地面战车及其通信链路、探测地雷、检测地址目标等等。在民用方面，UWB可用于20Mbps以上的高速无线局域网、高度计、民航防撞雷达、汽车防撞感应器、高精度定位、无线标签和工业射频监控等。2002年联邦通讯委员会(FCC，Federal Communication Commission)允许超宽带(Ultra-wideband，UWB)技术进入商用，为了不免对其它现有的通讯系统造成干扰，在3.1-10.6GHz的频带范围内，发射功率的频谱限制在-41.3dBm以内，这为UWB技术能够真正的商用奠定了前提条件，使得UWB技术引起了工业界和学术界的极大兴趣。超宽带以其低成本、低功耗、高速率、高精度和抗干扰能力强的特点，成为WiMax架构的核心技术，为解决“最后一英里”无线宽带互联在物理层上提供了解决方案。由于应用前景巨大，工作在3.1-10.6GHz的超宽带系统成为当前最可能进入我们生活的UWB产品。在UWB收发机系统中，天线作为收发信号的关键部件之一，直接影响UWB系统的性能与成本。研究和开发可应用于3.1-10.6GHz接收机天线成为当务之急。从超宽带系统本身出发，超宽带天线需要满足：高工作带宽，低造价，小体积和高性能。自UWB允许商用以来，超宽带天线的设计与实现成为UWB技术的挑战之一。最近Kiminami，K.等报道了双边印制蝴蝶结形(Bow-Tie)超宽带天线【Kiminami，K.，Hirata，A，Shiozawa，T，“Double-sided printed bow-tie antenna for UWB communications，”IEEE，Antennas andWireless Propagation Letters，Volume 3，Issue 1，2004 Page(s)：152-153】，在3.1-10.6GHz的工作频率范围内，回波损耗(Return Loss)小于-10dB，宽带增益平整度的变化约为1.5dB(2-3.5dB).2005年，Z.N.Low等报道了应用于超宽带接收机头盔形(Knight’s helm shape)双边印制天线【Z.N.Low，J.H.Cheong，C.L.Law，“Low-cost PCB antenna for UWBapplications，”IEEE，Antennas and Wireless Propagation Letters.Volume 4，2005 Page(s)：237-239】，在工作带宽内满足回波损耗的前提下，其宽带增益平整度的变化约为4dB(1-5dB)。另外C.-C.Lin也报道了所设计的平面三角形(Planar triangular)单极天线【C.-C.Lin，Y.-C.Kan，L.-C.Kuo，H.-R.Chuang，“A Planar Triangular Monopole Antenna for UWB Communication，”IEEE，Microwave and wireless components letters，vol.15，No.10，October 2005.】。美国2005年专利(Electrically Small Planer UWB Antenna Apparatus and Related System，US6,914,573B1)提出了平面超宽带天线的概念。但目前为止，超宽带天线还存在着诸多挑战。第一，成本高，比如使用贵重的金属材料和基板，这样增加了超宽带产品的成本，使产品难于大规模推广，使普通消费者难以接受。第二，加工工艺复杂，一方面成品率低，另一方面提高了产品的成本。第三，体积较大，当前的超宽带天线方案的一个共同特点是，天线产品体积过大，很多表面面积大于30cm-->×30cm，难于集成，并且过大的体积增加了成本。第四，天线的性能还有待于近一步提高。所以，要使超宽带天线能够真正的进入实用低造价，小尺寸和高性能是最重要的衡量指标。所以寻求低成本，高性能的UWB天线仍然是超宽带无线通讯系统中的挑战之一。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术提出了一种新型的微带超宽带天线(UWB微带天线)，该天线具有低成本、易加工、体积小和高性能的优点，可应用于3.1-10.6GHz超宽带无线收发机之中。根据本专利技术的目的，所述的天线包括印刷电路板(PCB板)和固定在其上的平面金属。其中，平面金属部分包括信号金属和地平面金属，整个金属平面的总面积在1～6cm2之间，仅为现有技术中同类天线的十分之一左右。其中，地平面金属至少有两块，和信号金属一起构成“地-信号-地”共面波导结构。信号由正面底端通过常规SMA头接入或接出，用CPW在输入端进行阻抗匹配，保证信号的无损耗传输。信号金属和地平面金属既可以是在PCB板的同一板面上，也可以是在PCB板的不同板面上。根据具体的需求或工艺的需要，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种微带超宽带天线，包括印刷电路板和固定在其上的平面金属，所述的金属包括信号金属和地平面金属，其特征在于，所述的金属的面积为１～６ｃｍ↑［２］。

【技术特征摘要】
1、一种微带超宽带天线，包括印刷电路板和固定在其上的平面金属，所述的金属包括信号金属和地平面金属，其特征在于，所述的金属的面积为1～6cm2。2、如权利要求1所述的微带超宽带天线，其特征在于，所述的地平面金属至少为两块，与信号金属一起构成“地-信号-地”共面波导结构。3、如权利要求1所述的微带超宽带天线，其特征在于，所述的信号金属和地平面金属可以是在印刷电路板的同一板面上，也可以是在印刷电路板的不同板面上。4、如权利要求1所述的微带超宽带天线，其特征在于，所述的信号金属的形状为酒杯形或酒杯形的变形，包括柄部和杯身，其中，杯身下部的形状为类似倒三角形或梯形。5、如权利要求4所述的微带超宽带天线，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨利，廖怀林，邓志新，黄如，张兴，
申请(专利权)人：北京大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]