CN107331958B - 一种圆极化滤波天线 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种圆极化滤波天线，包括用于实现圆极化辐射的镰刀型金属辐射贴片，用于对天线接收或发射的电磁波信号进行滤波的微带馈电结构，金属地平面以及介质基板；镰刀型金属辐射贴片和微带馈电结构位于介质基板的正面，金属地平面位于介质基板的反面，镰刀型金属辐射贴片与微带馈电结构连接；其中，微带馈电结构内嵌有耦合滤波器，耦合滤波器包括至少四个相同结构的谐振金属环，四个谐振金属环的第一个谐振金属环与镰刀型金属辐射贴片之间连接有渐变微带线。本发明通过设置镰刀型金属辐射贴片以及具有滤波功能的耦合滤波器，尺寸较小，能覆盖较宽的频带范围，具有圆极化特性以及良好的频率选择特性和带外抑制特性。

Description

一种圆极化滤波天线
技术领域
本发明涉及天线领域，尤其涉及的是一种圆极化滤波天线。
背景技术
现有技术中，现代无线通信技术领域对多功能、小型化的射频前端组件具有愈来愈高的设计指标要求，传统单一的分离式的天线与滤波器设计方法已不能满足无线通信终端对空间的苛刻限制。近年来，天线与滤波器联合设计的新型结构逐渐受到关注，并广泛为无线通信终端技术领域所采纳应用。但是，已公开的具有滤波功能的天线在设计上具有结构复杂，尺寸较大，滤波性能不好等缺点。
因此，现有技术存在缺陷，需要改进。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种结构简单，尺寸较小，可实现圆极化、宽频带、高增益和低剖面，并且具有良好的频率选择特性和带外衰减特性的圆极化滤波天线。
本发明的技术方案如下：一种圆极化滤波天线，包括用于实现圆极化辐射的镰刀型金属辐射贴片，用于对天线接收或发射的电磁波信号进行滤波的微带馈电结构，金属地平面以及介质基板；所述镰刀型金属辐射贴片和微带馈电结构位于所述介质基板的正面，所述金属地平面位于所述介质基板的反面，所述镰刀型金属辐射贴片与所述微带馈电结构连接；其中，所述微带馈电结构内嵌有耦合滤波器，所述耦合滤波器包括至少四个相同结构的谐振金属环，所述四个谐振金属环的第一个谐振金属环与所述镰刀型金属辐射贴片之间连接有渐变微带线。
采用上述技术方案，所述的圆极化滤波天线中，镰刀型金属辐射贴片由大圆形金属贴片101减掉小圆形金属贴片构成，其中，大圆形金属贴片半径为28mm～30mm，小圆形金属贴片半径为20mm～22mm。
采用上述各个技术方案，所述的圆极化滤波天线中，大圆形金属贴片的圆心位置XR为34.9mm，YR为42.96mm；所述小圆形金属贴片的圆心位置Xr为23.9mm，Yr为31.96mm。
采用上述各个技术方案，所述的圆极化滤波天线中，大圆形金属贴片半径为29mm，小圆形金属贴片半径为21mm。
采用上述各个技术方案，所述的圆极化滤波天线中，微带馈电结构线宽为1.7mm～1.8mm，所述四个谐振金属环按照2×2矩阵位置设置，其中，第二个谐振金属环和第三个谐振金属环直接接触，第一个谐振金属环和第四个谐振金属环相距0.05mm～0.1mm，所述第一个谐振金属环与第二个谐振金属环相距0.05mm～0.1mm，所述第三个谐振金属环与第四个谐振金属环相距0.05mm～0.1mm，所述谐振金属环线宽为0.3～0.5mm。
采用上述各个技术方案，所述的圆极化滤波天线中，微带馈电结构线宽为1.76mm，谐振金属环线宽为0.4mm，第一个谐振金属环和第四个谐振金属环相距0.05mm，所述第一个谐振金属环与第二个谐振金属环相距0.05mm，所述第三个谐振金属环与第四个谐振金属环相距0.05mm。
采用上述各个技术方案，所述的圆极化滤波天线中，金属地平面的长度为68mm～72mm，宽度为13～15mm。
采用上述各个技术方案，所述的圆极化滤波天线中，金属地平面的长度为70mm，宽度为13.8mm。
采用上述各个技术方案，所述的圆极化滤波天线中，介质基板厚度为0.5mm～1.5mm，介电常数为2.2～6.0。
采用上述各个技术方案，所述的圆极化滤波天线中，介质基板厚度为0.8mm，介电常数为3.35。
采用上述各个技术方案，本发明通过设置具有圆极化辐射的镰刀性型金属辐射贴片，以及具有滤波功能的由至少四个谐振金属环组成的耦合滤波器，能够实现高增益、低剖面且具有良好的频率选择性和带外抑制特性，并且结构简单，尺寸较小，成本较低。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的耦合滤波器结构示意图；
图3为本发明的耦合滤波器的插入损耗和回波损耗特性图；
图4为本发明的端口回波损耗特性图；
图5为本发明的远场辐射增益特性图；
图6为本发明的天线轴比特性图；
图7为本发明的垂直面左旋圆极化和右旋圆极化远场辐射方向图特性图；
图8为本发明的水平面左旋圆极化和右旋圆极化远场辐射方向图特性图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例，对本发明进行详细说明。
本实施例提供了一种圆极化滤波天线，包括用于实现圆极化辐射的镰刀型金属辐射贴片1，用于对天线接收或发射的电磁波信号进行滤波的微带馈电结构2，金属地平面3以及介质基板4；所述镰刀型金属辐射贴片1和微带馈电结构2位于所述介质基板4的正面，所述金属地平面3位于所述介质基板4的反面，所述镰刀型金属辐射贴片1与所述微带馈电结构2连接；其中，所述微带馈电结构2内嵌有耦合滤波器，所述耦合滤波器包括至少四个相同结构的谐振金属环，所述四个谐振金属环的第一个谐振金属环201与所述镰刀型金属辐射贴片1之间连接有渐变微带线5。
如图1，本实施例包括：镰刀型金属辐射贴片1，微带馈电结构2、金属地平面3以及介质基板4。镰刀型金属辐射贴片1和微带馈电结构2位于介质基板4的正面，金属地平面3位于介质基板4的反面，镰刀型金属辐射贴片1与微带馈电结构2相连。通过微带馈电结构2直接馈电，将电磁波信号发射至镰刀型金属辐射贴片1，同时，微带馈电结构2也可以用于对电磁波信号的接收。电磁波信号经镰刀型金属辐射贴片1以圆极化场的方式发射出去，其发射方向可以是左旋圆极化辐射也可以是右旋圆极化辐射。为了得到想要的电磁波信号频段，在微带馈电结构2中内嵌耦合滤波器，耦合滤波器由至少四个相同的谐振金属环构成，用于对电磁波信号进行筛选。当需要在2.45GHz频段实现圆极化辐射时，设置四个谐振金属环组成耦合滤波器即可。其中，第一个谐振金属环201通过渐变微带线5与镰刀型金属辐射贴片1连接，实现电磁波信号在微带馈电结构2和镰刀型金属辐射贴片1之间进行传送。
进一步的，镰刀型金属辐射贴片1由大圆形金属贴片101减掉小圆形金属贴片102构成，其中，大圆形金属贴片101半径R为28mm～30mm，小圆形金属贴片102半径r为20mm～22mm。通过调整大圆形金属贴片101和小圆形金属贴片102的位置关系，可得到特定的电磁波信号圆极化辐射性能和轴比特性。如图1，以介质基板4的左下角为原点，水平方向为X轴，竖直方向为Y轴，坐标轴单位为mm。本实施例中，大圆形金属贴片101的圆心位置XR为34.9mm，YR为42.96mm；小圆形金属贴片102的圆心位置Xr为23.9mm，Yr为31.96mm。
更进一步的，本实施例中，镰刀型金属辐射贴片1的工作频段为2.45GHz，则大圆形金属贴片半径R为29mm，小圆形金属贴片半径r为21mm。
更进一步的，如图2，为了更好的实现微带馈电结构2的滤波功能，微带馈电结构2线宽为1.7mm～1.8mm，其内嵌的四个谐振金属环按照2×2矩阵位置设置，其中，第二个谐振金属环202和第三个谐振金属环203直接接触，第一个谐振金属环201和第四个谐振金属环204相距0.05mm～0.1mm，所述第一个谐振金属环201与第二个谐振金属环202相距0.05mm～0.1mm，所述第三个谐振金属环203与第四个谐振金属环204相距0.05mm～0.1mm，所述谐振金属环线宽为0.3～0.5mm。
其中，第一个谐振金属环201、第二个谐振金属环202、第三个谐振金属环203以及第四个谐振金属环204分别有两个末端，每个谐振金属环的末端都通过金属化通孔与金属地平面3连接，第四个谐振金属环204与渐变微带线5相连，以实现耦合滤波器对天线接收或发射的电磁波信号进行滤波。
更进一步的，本实施例中，微带馈电结构2线宽为1.76mm，谐振金属环线宽为0.4mm，第一个谐振金属环201和第四个谐振金属相距0.05mm，所述第一个谐振金属环201与第二个谐振金属环202相距0.05mm，所述第三个谐振金属环203与第四个谐振金属环204相距0.05mm。当然，上述各结构的线宽在此实施例中不做任何限制，仅根据实际情况设定。
更进一步的，为了调节阻抗匹配，金属地平面3的长度为68mm～72mm，宽度为13～15mm。
更进一步的，本实施例中，金属地平面3的长度为70mm，宽度为13.8mm。
更进一步的，介质基板4厚度为0.5mm～1.5mm，介电常数为2.2～6.0。
更进一步的，本实施例中，介质基板4厚度为0.8mm，介电常数为3.35。
如图3和图4，天线的S参数在频域的曲线，在2.3～2.58GHz频带S参数小于-10dB。
如图5，天线的增益在频域的曲线，在2.25～2.7GHz大于0dBi，最大值达到2.2dBi，带外抑制大于10dB。
如图6，天线的轴比在频域的曲线，在2.25～2.8GHz频带小于3dB，在2.55GHz达到0.5dB。
如图7，其为本实施例的垂直面左旋圆极化和右旋圆极化远场辐射方向图特性图。
如图8，其为本发明的水平面左旋圆极化和右旋圆极化远场辐射方向图特性图。
采用上述各个技术方案，本发明通过设置具有圆极化辐射的镰刀性型金属辐射贴片结构，以及具有滤波功能的由至少四个谐振金属环组成的耦合滤波器结构，能够实现高增益、低剖面且具有良好的频率选择性和带外抑制特性，并且结构简单，尺寸较小，成本较低。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种圆极化滤波天线，其特征在于：包括用于实现圆极化辐射的镰刀型金属辐射贴片，用于对天线接收或发射电磁波信号进行滤波的微带馈电结构，金属地平面、以及介质基板；所述镰刀型金属辐射贴片和微带馈电结构位于所述介质基板的正面，所述金属地平面位于所述介质基板的反面，所述镰刀型金属辐射贴片与所述微带馈电结构连接；其中，所述微带馈电结构内嵌有耦合滤波器，所述耦合滤波器包括至少四个相同结构的谐振金属环，所述四个谐振金属环的第一个谐振金属环与所述镰刀型金属辐射贴片之间连接有渐变微带线；
所述镰刀型金属辐射贴片由大圆形金属贴片减掉小圆形金属贴片构成；
所述四个谐振金属环按照2×2矩阵位置设置，其中，第二个谐振金属环和第三个谐振金属环直接接触，第一谐振金属环和第四个谐振金属环相距设置，所述第一个谐振金属环与第二个谐振金属环相距设置，所述第三个谐振金属环与第四个谐振金属环相距设置。
2.根据权利要求1所述的圆极化滤波天线，其特征在于：大圆形金属贴片半径为28mm～30mm，小圆形金属贴片半径为20mm～22mm。
3.根据权利要求2所述的圆极化滤波天线，其特征在于：所述大圆形金属贴片的圆心位置XR为34.9mm，YR为42.96mm；所述小圆形金属贴片的圆心位置Xr为23.9mm，Yr为31.96mm。
4.根据权利要求3所述的圆极化滤波天线，其特征在于：所述大圆形金属贴片半径为29mm，小圆形金属贴片半径为21mm。
5.根据权利要求1所述的圆极化滤波天线，其特征在于：所述微带馈电结构线宽为1.7mm～1.8mm，第一谐振金属环和第四个谐振金属环相距0.05mm～0.1mm，所述第一个谐振金属环与第二个谐振金属环相距0.05mm～0.1mm，所述第三个谐振金属环与第四个谐振金属环相距0.05mm～0.1mm，所述四个谐振金属环线宽为0.3～0.5mm。
6.根据权利要求5所述的圆极化滤波天线，其特征在于：所述微带馈电结构线宽为1.76mm，谐振金属环线宽为0.4mm，第一个谐振金属环和第四谐振金属相距0.05mm，所述第一谐振金属环与第二个谐振金属环相距0.05mm，所述第三个谐振金属环与第四谐振金属环相距0.05mm。
7.根据权利要求1所述的圆极化滤波天线，其特征在于：所述金属地平面的长度为68mm～72mm，宽度为13～15mm。
8.根据权利要求7所述的圆极化滤波天线，其特征在于：所述金属地平面的长度为70mm，宽度为13.8mm。
9.根据权利要求1所述的圆极化滤波天线，其特征在于：所述介质基板厚度为0.5mm～1.5mm，介电常数为2.2～6.0。
10.根据权利要求9所述的圆极化滤波天线，其特征在于：所述介质基板厚度为0.8mm，介电常数为3.35。
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