CN107230829A - 一种磁电偶极子滤波天线 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种磁电偶极子滤波天线，包括方形金属地板，方形金属地板上设有第一矩形金属片、第二矩形金属片,第三矩形金属片、第四矩形金属片，还包括输入端口馈线,输入端口馈线位于第一矩形金属片与第二金属片之间，其中，第三矩形金属片开设第一C形直角弯折槽隙，第四矩形金属片开设第二C形直角弯折槽隙，第一、二C形直角弯折槽隙开口方向相反，本发明的磁电偶极子滤波天线结构简单、带宽宽、增益高、选择性高、损耗低，且辐射性能良好。

Description

一种磁电偶极子滤波天线
[技术领域]
本发明涉及微波器件技术领域，尤其涉及一种磁电偶极子滤波天线。
[背景技术]
近年来，随着现代无线通信技术的迅猛发展，现代无线通信系统面临着电路功能模块高度集成和低成本设计的巨大需求。在这一背景下，同时集成天线辐射功能和滤波器频率选择功能的滤波天线应运而生。它不仅有效提高了系统性能、减小了系统尺寸、降低了成本，还避免了单独的天线和滤波器元件级间连接带来的匹配和损耗等问题。
在目前已公开的文献中，滤波天线设计类型主要分为两类：1)基于滤波器综合理论，利用辐射单元替换滤波器中的最后一阶谐振器设计滤波天线。然而，这种方法设计的滤波天线通常需要用到多个谐振单元，这必然会导致整体尺寸增大，以及损耗增加，从而使得滤波天线辐射效率和增益下降，这一缺点在宽带滤波天线设计中尤为凸显。2)通过在馈线结构或辐射单元上引入寄生单元设计滤波天线。此类滤波天线相比于前一类天线设计，损耗较低，且不增加额外电路，结构紧凑，然而目前所报道的此类滤波天线几乎均被限制于窄带应用范围，且辐射性能也亟待进一步提高。
[发明内容]
本发明要解决的技术问题是提供一种结构简单、选择性高、损耗低，增益高、且辐射性能良好的宽带滤波磁电偶极子天线。
本发明采用的技术方案是一种宽带磁电偶极子滤波天线，包括方形金属地板，方形金属地板上设有第一矩形金属片、第二矩形金属片,第三矩形金属片、第四矩形金属片，还包括输入端口馈线,输入端口馈线位于第一矩形金属片与第二金属片之间。
进一步地，输入端口馈线包括依次串接的第一金属条，第二金属条和第三金属条，第一金属条与方形金属地板所在平面垂直，并位于方形金属地板第一中轴线上，第二金属条垂直于第一金属条，第三金属条垂直于第二金属条，并与第一金属条平行，所述第二金属条短边中轴线与方形金属地板第一中轴线共面。
进一步地，第一矩形金属片和第二矩形金属片垂直放置于方形金属地板所在平面上，并与方形金属地板第二中轴线对称，所述第一、二矩形金属片的长边与方形金属地板连接；第三、四矩形金属片分别平行于方形金属地板，并与方形金属地板第二中轴线对称；所述的第三、四矩形金属片分别与第一、二矩形金属片的另一长边连接；所述的第三、四矩形金属片的长边中轴线与方形金属地板第一中轴线共面。
进一步地，第二矩形金属片开设一矩形槽隙，该槽隙的短边中轴线与第二矩形金属片长边中轴线重合。
进一步地，第三矩形金属片开设第一C形直角弯折槽隙，所述的第一C形直角弯折槽隙关于方形金属地板的第一中轴线对称，第四矩形金属片开设第二C形直角弯折槽隙，所述的第二C形直角弯折槽隙关于方形金属地板的第一中轴线对称，所述的第一、二C形直角弯折槽隙开口方向相反。
本发明的磁电偶极子滤波天线结构简单、带宽宽、增益高、选择性高、损耗低，且辐射性能良好。
[附图说明]
图1是本发明实施例磁电偶极子滤波天线的立体结构示意图。
图2是本发明实施例磁电偶极子滤波天线的俯视图,主视图和右视图，其中(a)是俯视图，(b)是主视图，(c)是右视图。
图3是本发明实施例磁电偶极子滤波天线的尺寸图。
图4是本发明实施例磁电偶极子滤波天线的S11参数仿真图。
图5是本发明实施例磁电偶极子滤波天线的Realized Gain参数仿真和实测结果图。
图6分别是本发明实施例磁电偶极子滤波天线辐射方向仿真和实测结果图，其中(a)是1.7GHz处，(b)是2.2GHz处，(c)是2.7GHz处。
图中，1-方形金属地板，2-输入端口馈线，3-第一矩形金属片，4-第二矩形金属片，5-第三矩形金属片，6-第四矩形金属片。11-方形金属地板的第一中轴线，12-方形金属地板的第二中轴线，21-第一金属条，22-第二金属条，23-第三金属条，41-第二矩形金属片矩形槽隙，51-第一C形直角弯折槽隙，61-第二C形直角弯折槽隙。
[具体实施方式]
本发明实施例磁电偶极子滤波天线的结构如图1至图2所示，包括方形金属地板1，方形金属地板1上设有第一矩形金属片3、第二矩形金属片4,第三矩形金属片5、第四矩形金属片6，还包括输入端口馈线2，输入端口馈线2位于第一矩形金属片3与第二金属片4之间。
在所述的磁电偶极子滤波天线中，输入端口馈线2包括依次串接的第一金属条21，第二金属条22和第三金属条23，第一金属条21与方形金属地板1所在平面垂直，并位于方形金属地板1的第一中轴线11上，第二金属条22垂直于第一金属条21，第三金属条23垂直于第二金属条22，并与第一金属条21平行，所述第二金属条22短边中轴线与方形金属地板1的第一中轴线11共面。
在所述的磁电偶极子滤波天线中，第一矩形金属片3和第二矩形金属片4垂直放置于方形金属地板1所在平面上，并与方形金属地板1的第二中轴线12对称，所述第一、二矩形金属片3、4的长边与方形金属地板连接。第三、四矩形金属片5、6分别平行于方形金属地板1，并与方形金属地板1的第二中轴线12对称，所述的第三、四矩形金属片5、6分别与第一、二矩形金属片3、4的另一长边连接，所述的第三、四矩形金属片5、6的长边中轴线与方形金属地板1的第一中轴线11共面。
在所述的磁电偶极子滤波天线中，第二矩形金属片4开设一矩形槽隙41，该矩形槽隙的短边中轴线与第二矩形金属片4的长边中轴线重合。
在所述的磁电偶极子滤波天线中，第三矩形金属片5开设第一C形直角弯折槽隙51。所述的第一C形直角弯折槽隙51关于方形金属地板1的第一中轴线11对称，第四矩形金属片6开设第二C形直角弯折槽隙61，所述的第二C形直角弯折槽隙61关于方形金属地板1的第一中轴线11对称，所述的第一、二C形直角弯折槽隙51、61开口方向相反。
在本发明一种磁电偶极子滤波天线中，第一、二、三、四矩形金属片3、4、5、6的宽度和长度决定了辐射通带的位置；第一、二C形直角弯折槽隙51、61的长度决定了辐射通带外上阻带传输零点的位置，长度越大，传输零点位置越小。矩形槽隙41的长度对辐射通带内的匹配影响很大，长度越大，辐射通带内的匹配越好。
本发明实施例磁电偶极子滤波天线的有关尺寸规格如图3所示。结合图3，磁电偶极子滤波天线的各尺寸参数如下：W＝60mm,Wc＝0.5mm,Wc1＝3mm,L＝30mm,Lc1＝42.3mm,Le＝1.5mm,Ld＝3mm,Ls＝19mm,S＝13mm,a＝8mm,b＝28.5mm,c＝1mm,d＝4.43mm,GL＝150mm,H＝30mm。该磁电偶极子滤波天线的整体面积为150×150mm2，对应的导波长尺寸为1.1λg×1.1λg，其中λg为辐射通带中心频率对应的导波波长。
本发明实施例磁电偶极子滤波天线是在电磁仿真软件ANSYS EM 16.1(HFSS16.1)中建模仿真，并利用Satimo Startlab系统完成测试。
图4是本实施例中磁电偶极子滤波天线的S参数仿真和测试结果图，从图中可以看出，该磁电偶极子滤波天线中心频率为2.2GHz，通过计算得出辐射通带相对带宽为55.4％，辐射通带内匹配良好。
图5是本实施例磁电偶极子滤波天线的Realized Gain参数仿真和测试结果图，从图中可以看出，天线辐射增益良好，辐射通带外两侧1.25GHz和3.30GHz分别具有一个传输零点，天线具有良好的矩形系数，频率选择特性良好。
图6是本实施例磁电偶极子滤波天线在1.7GHz、2.2GHz、2.7GHz辐射方向仿真和测试结果图。从图中可以看出，实施例的磁电偶极子滤波天线具有较好的方向性。
本发明以上实施例在磁电偶极子天线上开设C形直角弯折槽隙和矩形槽隙，实现了辐射功能和频率选择功能的集成，提高了天线的频率选择性，增加了带宽，改善了带内匹配。
本发明以上实施例与现有技术相比，其显著优点为：
(1)本发明的结构简单，便于加工集成，生产成本低；
(2)本发明滤波效果明显，频率选择性好，适用于现代无线通信系统；
(3)本发明具有宽带特性，适用于宽带应用背景；
(4)本发明利用C形直角弯折槽隙实现滤波特性，矩形槽隙实现带内匹配，天线频率选择性良好，天线辐射增益高，具有良好的天线方向性。
综上所述，本发明的磁电偶极子滤波天线具有结构简单、带宽宽、增益高、选择性高、损耗低，辐射性能良好等优点,非常适用于现代无线通信系统。
以上所述仅为本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅限于上述实施方式，凡是属于本发明原理的技术方案均属于本发明的保护范围。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本发明的原理的前提下进行的若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种磁电偶极子滤波天线，其特征在于，包括方形金属地板(1)，方形金属地板(1)上设有第一矩形金属片(3)、第二矩形金属片(4),第三矩形金属片(5)、第四矩形金属片(6)，还包括输入端口馈线(2),输入端口馈线(2)位于第一矩形金属片(3)与第二金属片(4)之间。
2.根据权利要求1所述的一种磁电偶极子滤波天线，其特征在于，输入端口馈线(2)包括依次串接的第一金属条(21)，第二金属条(22)和第三金属条(23)，第一金属条(21)与方形金属地板(1)所在平面垂直，并位于方形金属地板(1)第一中轴线上(11)，第二金属条(22)垂直于第一金属条(21)，第三金属条(23)垂直于第二金属条(22)，并与第一金属条(21)平行，所述第二金属条(22)短边中轴线与方形金属地板(1)第一中轴线(11)共面。
3.根据权利要求1所述的一种磁电偶极子滤波天线，其特征在于，第一矩形金属片(3)和第二矩形金属片(4)垂直放置于方形金属地板(1)所在平面上，并与方形金属地板(1)第二中轴线(12)对称，所述第一、二矩形金属片(3、4)的长边与方形金属地板连接；第三、四矩形金属片(5、6)分别平行于方形金属地板(1)，并与方形金属地板(1)第二中轴线(12)对称；所述的第三、四矩形金属片(5、6)分别与第一、二矩形金属片(3、4)的另一长边连接；所述的第三、四矩形金属片(5、6)的长边中轴线与方形金属地板(1)第一中轴线(11)共面。
4.根据权利要求3所述的一种磁电偶极子滤波天线，其特征在于，第二矩形金属片(4)开设一矩形槽隙(41)，该槽隙的短边中轴线与第二矩形金属片(4)长边中轴线重合。
5.根据权利要求1所述的一种磁电偶极子滤波天线，其特征在于，第三矩形金属片(5)开设第一C形直角弯折槽隙(51)，所述的第一C形直角弯折槽隙(51)关于方形金属地板(1)第一中轴线(11)对称，第四矩形金属片开设第二C形直角弯折槽隙(61)，所述的第二C形直角弯折槽隙(61)关于方形金属地板(1)第一中轴线(11)对称，所述的第一、二C形直角弯折槽隙(51、61)开口方向相反。
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RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20171003

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