CN106887680B - 一种基于介质片的滤波天线以及微波通信系统 - Google Patents

Abstract

一种基于介质片的滤波天线以及微波通信系统，天线包括从下到上依次叠设的第一介质基板、第二介质基板、圆形的第一介质片、圆形的支撑介质、圆形的第二介质片，第一介质基板、第二介质基板之间设置有一金属地层，第一介质基板的下表面设置有馈电结构，所述馈电结构为加载有开路枝节的微带馈线，所述金属地层开设有一耦合窗口，所述天线还设置有贯穿所述第一介质基板、金属地层、第二介质基板、第一介质片、支撑介质、第二介质片的通孔，所述通孔用于实现天线的组装固定。本发明一方面解决了由于非辐射谐振器造成的天线增益减小的问题；另一方面，相较于金属贴片的设计，基于介质片的滤波天线的效率更高，填补了基于介质片实现的滤波天线的空白。

Description

一种基于介质片的滤波天线以及微波通信系统

技术领域

本发明涉及微波通信领域，尤其涉及一种基于介质片的滤波天线以及微波通信系统。

背景技术

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。在射频系统发展过程中，涌现出了一些关于滤波器和天线协同设计的技术，但是因为存在着非辐射的谐振器，会使得天线整体增益下降。为了解决这个问题，由天线自身结构而形成的滤波效果有利于减少滤波天线的非辐射损耗，目前现有的此类设计是基于金属贴片实现的。相对于介质片天线而言，金属贴片天线存在导体损耗，因此基于介质片实现的滤波天线有助于提高滤波天线的效率，但是目前报道的介质片天线仅能实现天线的辐射性能而无法实现滤波功能。

现有的大多数滤波天线设计总存在着非辐射的谐振器，从而使得天线的整体效率下降，因此增益减小。而由天线自身所构成的滤波天线，因为由金属贴片产生的导体损耗，因此天线效率要低于介质片形式实现的滤波天线。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种基于介质片的滤波天线以及微波通信系统。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种基于介质片的滤波天线，包括从下到上依次叠设的第一介质基板、第二介质基板、圆形的第一介质片、圆形的支撑介质、圆形的第二介质片，第一介质基板、第二介质基板之间设置有一金属地层，第一介质基板的下表面设置有馈电结构，所述馈电结构为加载有开路枝节的微带馈线，所述金属地层开设有一耦合窗口，所述滤波天线还设置有贯穿所述第一介质基板、金属地层、第二介质基板、第一介质片、支撑介质、第二介质片的通孔，所述通孔用于实现天线的组装固定。

在本发明所述的基于介质片的滤波天线中，所述第一介质片的半径小于所述第二介质片的半径且大于所述支撑介质的半径。

在本发明所述的基于介质片的滤波天线中，所述耦合窗口呈矩形状。

在本发明所述的基于介质片的滤波天线中，所述通孔的数量为4个，且4个通孔均匀排列在耦合窗口的周围。

在本发明所述的基于介质片的滤波天线中，所述第一介质基板、金属地层、第二介质基板、第一介质片、支撑介质、第二介质片的轴心重合。

本发明还公开了一种微波通信系统，包括如所述的基于介质片的滤波天线。

实施本发明的基于介质片的滤波天线以及微波通信系统，具有以下有益效果：本发明通过介质片堆叠的方式，产生双极点匹配的高效率辐射响应；通过下层的圆形介质片，产生最高端的辐射零点，提高带外抑制；通过上层的圆形介质片，产生靠近通带的两个辐射零点，提高频率选择性；通过加载开路枝节的微带馈线，产生最低端的辐射零点，提高带外抑制性能；通过在基板上开通孔构成不影响天线性能的固定结构；简而言之，本发明一方面解决了由于非辐射谐振器造成的天线增益减小的问题；另一方面，相较于金属贴片的设计，基于介质片的滤波天线的效率更高，填补了基于介质片实现的滤波天线的空白。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图：

图1是本发明滤波天线的较佳实施例的分解图；

图2是本发明滤波天线的较佳实施例的侧视图；

图3是较佳实施例中滤波天线的仿真匹配和增益曲线示意图；

图4是较佳实施例中滤波天线的仿真辐射效率示意图；

图5是较佳实施例中滤波天线的仿真方向图。

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典型实施例。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。

本说明书中使用的“第一”、“第二”等包含序数的术语可用于说明各种构成要素，但是这些构成要素不受这些术语的限定。使用这些术语的目的仅在于将一个构成要素区别于其他构成要素。例如，在不脱离本发明的权利范围的前提下，第一构成要素可被命名为第二构成要素，类似地，第二构成要素也可以被命名为第一构成要素。

在本发明总的思路是：滤波天线包括从下到上依次叠设的第一介质基板、第二介质基板、圆形的第一介质片、圆形的支撑介质、圆形的第二介质片，第一介质基板、第二介质基板之间设置有一金属地层，第一介质基板的下表面设置有馈电结构，所述馈电结构为加载有开路枝节的微带馈线，所述金属地层开设有一耦合窗口，所述滤波天线还设置有贯穿所述第一介质基板、金属地层、第二介质基板、第一介质片、支撑介质、第二介质片的通孔。

为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明，应当理解本发明实施例以及实施例中的具体特征是对本申请技术方案的详细的说明，而不是对本申请技术方案的限定，在不冲突的情况下，本发明实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。

参考图1-2，较佳实施例中通过介质片堆叠的方式形成高增益、高效率、高频率选择性的滤波天线。具体的，滤波天线包括从下到上依次叠设的第一介质基板2、第二介质基板4、第一介质片5、支撑介质6、第二介质片7，其中，第一介质基板2、第二介质基板4之间设置有一金属地层3。

其中，金属地层3可以是金属片，或者是涂覆在第一介质基板2或者第二介质基板4表层的金属层。

其中，所述第一介质片5、支撑介质6、第二介质片7均呈圆形平板状，第一介质片5的半径小于所述第二介质片7的半径且大于所述支撑介质6的半径。所述第一介质基板2、金属地层3、第二介质基板4呈矩形平板状，且矩形的长、宽相等。

本领域技术人员可以理解的是，第一介质基板2、金属地层3、第二介质基板4的形状并不限于此，还可以是其他形状，对此并不做限制。

具体的，所述第一介质基板2、金属地层3、第二介质基板4、第一介质片5、支撑介质6、第二介质片7的轴心重合。

具体的，第一介质基板2的下表面设置有馈电结构，所述馈电结构为加载有开路枝节11的微带馈线1，所述开路枝节11由自微带馈线1的中心向外垂直延伸形成。

其中，所述金属地层3开设有一耦合窗口31，所述耦合窗口31具体呈矩形状。

为了安装固定，所述滤波天线还设置有贯穿所述第一介质基板2、金属地层3、第二介质基板4、第一介质片5、支撑介质6、第二介质片7的通孔8。优选的，通孔8的数量为4个，且4个通孔8均匀排列在耦合窗口31的周围,基于该通孔8可以实现天线的组装固定，例如通过与螺栓配合，可以将第一介质基板2、金属地层3、第二介质基板4、第一介质片5、支撑介质6、第二介质片7进行整体固定。

本发明通过介质片堆叠的方式，产生双极点匹配的高效率辐射响应；通过下层的圆形介质片，产生最高端的辐射零点，提高带外抑制；通过上层的圆形介质片，产生靠近通带的两个辐射零点，提高频率选择性；通过加载开路枝节的微带馈线，产生最低端的辐射零点，提高带外抑制性能；通过在基板上开通孔构成不影响天线性能的固定结构；简而言之，本发明一方面解决了由于非辐射谐振器造成的天线增益减小的问题；另一方面，相较于金属贴片的设计，基于介质片的滤波天线的效率更高，填补了基于介质片实现的滤波天线的空白。

参考图3-5，本实施例中采用的介质片的介电常数为89.5，损耗角为0.0006。介质基板采用的是介电常数为3.38、损耗角为0.0027的RO4003C基板。如图2，可见其工作在3.5GHz，在中心频率处的增益为9.6dBi，10dB匹配带宽为14％。如图3，可见在3.5GHz处的辐射效率达到96％。如图4，是在10GHz处的天线测试方向图，可见天线在E面或者H面的交叉极化均小于-30dB。

基于同一发明构思，本发明还公开了一种微波通信系统，包括所述的基于介质片的滤波天线。

综上所述，实施本发明的基于介质片的滤波天线以及微波通信系统，具有以下有益效果：本发明通过介质片堆叠的方式，产生双极点匹配的高效率辐射响应；通过下层的圆形介质片，产生最高端的辐射零点，提高带外抑制；通过上层的圆形介质片，产生靠近通带的两个辐射零点，提高频率选择性；通过加载开路枝节的微带馈线，产生最低端的辐射零点，提高带外抑制性能；通过在基板上开通孔构成不影响天线性能的固定结构；简而言之，本发明一方面解决了由于非辐射谐振器造成的天线增益减小的问题；另一方面，相较于金属贴片的设计，基于介质片的滤波天线的效率更高，填补了基于介质片实现的滤波天线的空白。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (6)

1.一种基于介质片的滤波天线，其特征在于，包括从下到上依次叠设的第一介质基板、第二介质基板、用于参与产生最高端的辐射零点的圆形的第一介质片、圆形的支撑介质、用于参与产生靠近通带的两个辐射零点的圆形的第二介质片，第一介质基板、第二介质基板之间设置有一金属地层，第一介质基板的下表面设置有馈电结构，所述馈电结构为加载有开路枝节的用于参与产生最低端的辐射零点的微带馈线，所述金属地层开设有一耦合窗口，所述滤波天线还设置有贯穿所述第一介质基板、金属地层、第二介质基板、第一介质片、支撑介质、第二介质片的通孔，所述通孔用于实现天线的组装固定。

2.根据权利要求1所述的基于介质片的滤波天线，其特征在于，所述第一介质片的半径小于所述第二介质片的半径且大于所述支撑介质的半径。

3.根据权利要求1所述的基于介质片的滤波天线，其特征在于，所述耦合窗口呈矩形状。

4.根据权利要求1所述的基于介质片的滤波天线，其特征在于，所述通孔的数量为4个，且4个通孔均匀排列在耦合窗口的周围。

5.根据权利要求1所述的基于介质片的滤波天线，其特征在于，所述第一介质基板、金属地层、第二介质基板、第一介质片、支撑介质、第二介质片的轴心重合。

6.一种微波通信系统，其特征在于，包括如权利要求1-5任一项所述的基于介质片的滤波天线。