CN106058450A - 平面贴片滤波天线 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种平面贴片滤波天线，包括：介质基板、接地金属层、第一贴片谐振器、第二贴片谐振器以及第三贴片谐振器，所述接地金属层设置于所述介质基板的背面，所述第一贴片谐振器、第二贴片谐振器以及所述第三贴片谐振器均设置于所述介质基板的正面。本发明的平面贴片滤波天线的第一贴片谐振器、第二贴片谐振器、第三贴片谐振器都作为了辐射体，从而避免了损耗，提高了天线的增益。再者，所提出的平面贴片滤波天线采用平面结构，和现有技术相比，具有厚度低，加工成本低的有益效果。

Description

平面贴片滤波天线
技术领域
本发明涉及通信领域，特别是涉及一种平面贴片滤波天线。
背景技术
在射频通信系统中，天线和带通滤波器是两种重要的部件。天线负责发送和接收信号，而带通滤波器负责提取出所需要的信号并且滤除冗余信号。对于这两种重要的器件而言，传统上它们是分开设计的，由一根50Ω的传输线相连。这种技术会增加额外的天线尺寸，并导致天线与滤波器的整体增益与单独天线相比有所下降。
随着无线通信系统的快速发展，天线和射频器件的协同设计不仅可以使整个器件的尺寸得到减小而且能够大幅提高天线的性能，因此天线和射频器件的协同设计变得越来越重要。在射频系统发展的这几十年里，涌现出了一些关于滤波器和天线协同设计的技术，大体上可分为四类，第一类天线和滤波器共用阻抗匹配电路，从而实现协同设计；第二类利用天线取代滤波器的最后一级谐振器；第三类将滤波器嵌入到天线回路中；这三类技术，都存在一个相似的问题，在天线的整体结构中总存在着不参加辐射的谐振器，从而相对于单个天线而言天线增益是下降的；第四种技术是指在天线的整体结构当中不存在不参加辐射的谐振器，从而天线的增益相比于单端天线而言，增益能够得到提高。对于第四类技术而言，现有的做法采用的是贴片相层叠的技术，这种技术和前三种技术相比，天线增益得到了提高，但是增加了天线的整体高度，并且加工成本比较高。
发明内容
本发明实施例提供一种平面贴片滤波天线；以解决现有的技术问题。
本发明实施例提供一种平面贴片滤波天线，包括：介质基板、接地金属层、第一贴片谐振器、第二贴片谐振器以及第三贴片谐振器，所述接地金属层设置于所述介质基板的背面，所述第一贴片谐振器、第二贴片谐振器以及所述第三贴片谐振器均设置于所述介质基板的正面；
所述第二贴片谐振器以及所述第三贴片谐振器分别对称地设置于所述第一贴片谐振器的两侧，所述第二贴片谐振器以及所述第三贴片谐振器分别与所述第一贴片谐振器耦合，所述介质基板以及所述第一贴片谐振器被贯穿从而形成至少一个第一金属化通孔，所述介质基板以及所述第二贴片谐振器被贯穿从而形成至少一个第二金属化通孔，所述介质基板以及所述第三贴片谐振器被贯穿从而形成至少一个第三金属化通孔，所述第一贴片谐振器通过所述第一金属化通孔与所述接地金属层电连接，所述第二贴片谐振器通过所述第二金属化通孔与所述接地金属层连接，所述第三贴片谐振器通过所述第三金属化通孔与所述接地金属层连接，所述第一贴片谐振器上开设有四个槽隙,所述第一贴片谐振器上还设置有用于馈电的馈电点。
在本发明所述的平面贴片滤波天线中，所述第一贴片谐振器呈正方形，所述第二贴片谐振器以及所述第三贴片谐振器呈矩形，所述第二贴片谐振器以及所述第三贴片谐振器分别沿着所述第一贴片谐振器的两条对边分布。
在本发明所述的平面贴片滤波天线中，该四个槽隙分别沿着该第一贴片谐振器的对角线从该第一贴片谐振器的四个顶角向所述贴片谐振器中心延伸，且该四个槽隙尺寸相同并距离该第一贴片谐振器的中心相同的距离。
在本发明所述的平面贴片滤波天线中，所述槽隙呈矩形状。
在本发明所述的平面贴片滤波天线中，所述第一金属化通孔的数量为三个，且该三个第一金属化通孔在所述第一贴片谐振器上的投影位于一预设正方形的四个顶角上，且该预设正方形的中心与所述第一贴片谐振器的中心重合。
在本发明所述的平面贴片滤波天线中，所述第二金属化通孔以及所述第三金属化通孔均分别沿一直线排列，且该第二金属化通孔的排列方向平行于该第三金属化通孔的排列方向。
在本发明所述的平面贴片滤波天线中，所述介质基板的背面设置有与所述接地金属层绝缘的馈电输入端，所述第一贴片谐振器以及所述介质基板被贯穿以形成一贯穿孔，所述馈电输入端通过穿置于所述贯穿孔中的同轴线与所述馈电点电连接。
相较于现有技术，本发明通过第一贴片谐振器分别与第二贴片谐振器以及第三贴片谐振器之间的耦合，产生双频辐射带宽，拓展了天线带宽，提高了天线的增益，并产生高端辐射零点。
本发明通过在第一贴片谐振器上开设金属化通孔的方式，在增益曲线上产生低端辐射零点，提高天线的频率选择性。
本发明通过在第一贴片谐振器开设开槽隙的方式，用来调控增益曲线低端辐射零点的位置，提高天线的频率选择性。
因此，本发明的平面贴片滤波天线的第一贴片谐振器、第二贴片谐振器、第三贴片谐振器都作为了辐射体，从而避免了损耗，提高了天线的增益。再者，所提出的平面贴片滤波天线采用平面结构，和现有技术相比，具有厚度低，加工成本低的有益效果。
附图说明
图1为本发明的平面贴片滤波天线的一优选实施例的结构图；
图2为本发明的图1所示实施例中的平面贴片滤波天线的平面透视图；
图3a-图3b为本发明的平面贴片滤波天线的S11响应和辐射响应图；
图4a-图4b为本发明的平面贴片滤波天线在1.84GHz处的天线测试方向图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的首选实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
实施例一
请参照图1，图1为本发明的平面贴片滤波天线的结构示意图。该平面贴片滤波天线，包括：介质基板10、接地金属层20、第一贴片谐振器30、第二贴片谐振器40以及第三贴片谐振器50，所述接地金属层20设置于所述介质基板10的背面，所述第一贴片谐振器30、第二贴片谐振器40以及所述第三贴片谐振器50均设置于所述介质基板10的正面；
所述第二贴片谐振器40以及所述第三贴片谐振器50分别对称地设置于所述第一贴片谐振器30的两侧，所述第二贴片谐振器40以及所述第三贴片谐振器50分别与所述第一贴片谐振器30耦合，所述介质基板10以及所述第一贴片谐振器30被贯穿从而形成至少一个第一金属化通孔100，所述介质基板10以及所述第二贴片谐振器40被贯穿从而形成至少一个第二金属化通孔200，所述介质基板10以及所述第三贴片谐振器50被贯穿从而形成至少一个第三金属化通孔300，所述第一贴片谐振器30通过所述第一金属化通孔100与所述接地金属层20电连接，所述第二贴片谐振器40通过所述第二金属化通孔200与所述接地金属层20连接，所述第三贴片谐振器50通过所述第三金属化通孔300与所述接地金属层20连接，所述第一贴片谐振器30上开设有四个槽隙400。第一贴片谐振器30上设置有用于馈电的馈电点500。
优选地，在本发明所述的平面贴片滤波天线中，所述第一贴片谐振器30呈正方形状，所述第二贴片谐振器40以及所述第三贴片谐振器50均呈矩形状，所述第二贴片谐振器40以及所述第三贴片谐振器50分别沿着所述第一贴片谐振器30的两条长边分布。且该第二贴片谐振器40以及该第三贴片谐振器50的长边分别与该第一贴片谐振器30的长边相互平行。
在本发明所述的平面贴片滤波天线中，该四个槽隙400分别沿着该第一贴片谐振器30的对角线从该第一贴片谐振器30的四个顶角向所述贴片谐振器中心延伸，且该四个槽隙400尺寸相同并距离该第一贴片谐振器30的中心相同的距离。且所述槽隙400呈矩形状。
在本发明所述的平面贴片滤波天线中，第一金属化通孔100的数量为3个，且该3个第一金属化通孔100在所述第一贴片谐振器30上的投影位于一预设正方形的3个顶角上，且该预设正方形的中心与所述第一贴片谐振器30的中心重合。所述介质基板10的背面设置有与所述接地金属层20绝缘的馈电输入端，所述第一贴片谐振器30以及所述介质基板10被贯穿以形成一贯穿孔，所述馈电输入端通过穿置于所述贯穿孔中的同轴线与所述馈电点电500电连接。
在本发明所述的平面贴片滤波天线中，所述第二金属化通孔200以及所述第三金属化通孔300的数量均为多个，该多个所述第二金属化通孔200以及该多个所述第三金属化通孔300均分别沿直线排列，且该第二金属化通孔200的排列方向平行于该第三金属化通孔300的排列方向。并且该多个第二金属化通孔200均沿着该第二贴片谐振器40的远离该第一贴片谐振器30一侧的长边分布，对应地，该多个第三金属化通孔300沿着该第三贴片谐振器50的远离该第一贴片谐振器30的一侧的长边分布。
本发明通过第一贴片谐振器分别与第二贴片谐振器以及第三贴片谐振器之间的耦合，产生双频辐射带宽，拓展了天线带宽，提高了天线的增益，并产生高端辐射零点。
本发明通过在第一贴片谐振器上开设金属化通孔的方式，在增益曲线上产生低端辐射零点，提高天线的频率选择性。
本发明通过在第一贴片谐振器开设开槽隙的方式，用来调控增益曲线低端辐射零点的位置，提高天线的频率选择性。
因此，本发明的平面贴片滤波天线的第一贴片谐振器、第二贴片谐振器、第三贴片谐振器都作为了辐射体，从而避免了损耗，提高了天线的增益。再者，所提出的平面贴片滤波天线采用平面结构，和现有技术相比，具有厚度低，加工成本低的有益效果。
本发明上述实施例中的平面贴片滤波天线的实测传输响应和辐射响应如图3a和3b所示，可见其工作在1.8.4GHz，在中心频率处的增益为6.6dBi，10dB匹配带宽为55MHz。图4a和图4b是在1.84GHz处的天线测试方向图，可见天线的交叉极化小于-18dB。设计采用的是介电常数为3.38，损耗角为0.0027的RO003C基板。
综上所述，虽然本发明已以优选实施例揭露如上，但上述优选实施例并非用以限制本发明，本领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与润饰，因此本发明的保护范围以权利要求界定的范围为准。

Claims (7)

1.一种平面贴片滤波天线，其特征在于，包括：介质基板、接地金属层、第一贴片谐振器、第二贴片谐振器以及第三贴片谐振器，所述接地金属层设置于所述介质基板的背面，所述第一贴片谐振器、第二贴片谐振器以及所述第三贴片谐振器均设置于所述介质基板的正面；
所述第二贴片谐振器以及所述第三贴片谐振器分别对称地设置于所述第一贴片谐振器的两侧，所述第二贴片谐振器以及所述第三贴片谐振器分别与所述第一贴片谐振器耦合，所述介质基板以及所述第一贴片谐振器被贯穿从而形成至少一个第一金属化通孔，所述介质基板以及所述第二贴片谐振器被贯穿从而形成至少一个第二金属化通孔，所述介质基板以及所述第三贴片谐振器被贯穿从而形成至少一个第三金属化通孔，所述第一贴片谐振器通过所述第一金属化通孔与所述接地金属层电连接，所述第二贴片谐振器通过所述第二金属化通孔与所述接地金属层连接，所述第三贴片谐振器通过所述第三金属化通孔与所述接地金属层连接，所述第一贴片谐振器上开设有四个槽隙,所述第一贴片谐振器上还设置有用于馈电的馈电点。
2.根据权利要求1所述的平面贴片滤波天线，其特征在于，所述第一贴片谐振器呈正方形，所述第二贴片谐振器以及所述第三贴片谐振器呈矩形，所述第二贴片谐振器以及所述第三贴片谐振器分别沿着所述第一贴片谐振器的两条对边分布。
3.根据权利要求2所述的平面贴片滤波天线，其特征在于，该四个槽隙分别沿着该第一贴片谐振器的对角线从该第一贴片谐振器的四个顶角向所述贴片谐振器中心延伸，且该四个槽隙尺寸相同并距离该第一贴片谐振器的中心相同的距离。
4.根据权利要求3所述的平面贴片滤波天线，其特征在于，所述槽隙呈矩形状。
5.根据权利要求2所述的平面贴片滤波天线，其特征在于，所述第一金属化通孔的数量为三个，且该三个第一金属化通孔在所述第一贴片谐振器上的投影位于一预设正方形的四个顶角上，且该预设正方形的中心与所述第一贴片谐振器的中心重合。
6.根据权利要求2所述的平面贴片滤波天线，其特征在于，所述第二金属化通孔以及所述第三金属化通孔的数量均为多个，该多个所述第二金属化通孔以及该多个所述第三金属化通孔均分别沿直线排列，且该第二金属化通孔的排列方向平行于该第三金属化通孔的排列方向。
7.根据权利要求1所述的平面贴片滤波天线，其特征在于，所述介质基板的背面设置有与所述接地金属层绝缘的馈电输入端，所述第一贴片谐振器以及所述介质基板被贯穿以形成一贯穿孔，所述馈电输入端通过穿置于所述贯穿孔中的同轴线与所述馈电点电连接。
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