CN107959108B - 基于acps的滤波天线 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于ACPS的滤波天线，包括介质基板，以及设置在介质基板表面的输入端口馈线和关于介质基板轴对称的两个辐射贴片，所述两个辐射贴片之间的缝隙间内嵌谐振器，在辐射贴片的对称位置分别设置一匹配枝节缝隙，匹配枝节缝隙中内嵌匹配枝节，所述匹配枝节和谐振器连接。本发明滤波天线结合了非对称共面带状线的特性，具有结构简单、易集成、损耗低、带宽宽、效率高等优点,非常适用于现代无线通信系统。

Description

基于ACPS的滤波天线
技术领域
本发明涉及天线技术，特别是涉及一种基于ACPS的滤波天线。
背景技术
近年来，随着无线通信市场的竞争，通信朝着高速度、宽频带方向发展，天线带宽的覆盖范围极大的影响着通信技术的发展。传统的天线大多基于微带线设计，通过设计成天线阵或者采用双层结构的形式提高带宽，但是这样设计会影响天线与有源电路和单片微波集成电路的整合。此外传统的滤波天线设计着眼于天线和滤波器器件本身，天线负责发送和接收信号，滤波器负责提取所需信号和滤除冗余信号，但是由于器件间的相互影响，这种方式使得级联后阻抗失配，总体性能恶化。为了避免这种影响，通常在天线与滤波器之间增加额外的匹配电路。然而，这会使电路变得复杂，尺寸和损耗也会增大。例如，2013年，Xinwei Chen，,Fengxian Zhao等人在IEEE antenna and wireless propagation letters(857-860 2013)上发表了“A compact filtering antenna with flat gain responsewithin the passband”，首先设计了一款微带线结构的二阶巴特沃兹带通滤波器，滤波器中两个谐振器为全波长开环谐振器，采用标准的滤波器综合技术，然后在第二个端口引入了一个扇形贴片天线，同时在地板上采用缺陷地结构(DGS)，这个结构虽然能初步将滤波器和天线结合，从而达到滤波天线的效果，但是滤波天线的带宽较窄，应用频段比较受限，而且双层结构较复杂。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于ACPS的滤波天线，带宽宽、结构简单、便于集成。
实现本发明目的的技术解决方案为：基于ACPS的滤波天线，包括介质基板，以及设置在介质基板表面的输入端口馈线和关于介质基板轴对称的两个辐射贴片，所述两个辐射贴片之间的缝隙间内嵌谐振器，在辐射贴片的对称位置分别设置一匹配枝节缝隙，匹配枝节缝隙中内嵌匹配枝节，所述匹配枝节和谐振器连接。
本发明与现有技术相比，其显著优点为：(1)本发明采用非对称共面带状线的单层平面设计，增加了天线带宽，减小了天线的尺寸，使降低至传统天线的一半，并且方便与有源电路和单片微波集成电路的集成；(2)本发明利用谐振器产生低频点提高带宽，可以根据需要改变带状线辐射枝节的长度以改变谐振点位置；(3)本发明利用槽线与谐振器构成的T型结构产生反相的输入信号，结构简单。
附图说明
图1是本发明基于ACPS的滤波天线的立体结构示意图。
图2是图1的具体结构示意图。
图3是实施例1的结构尺寸示意图。
图4是实施例1的S11参数仿真图。
图5是实施例1的Realized Gain参数仿真图。
图6是实施例1在3.7GHz天线辐射方向图。
图7是实施例1在5.05GHz天线辐射方向图。
图8是实施例1在6.4GHz天线辐射方向图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细描述。
基于ACPS的滤波天线，包括介质基板5，以及设置在介质基板5表面的输入端口馈线1和关于介质基板5轴对称的两个辐射贴片2，所述两个辐射贴片2之间的缝隙间内嵌谐振器3，在辐射贴片2的对称位置分别设置一匹配枝节缝隙，匹配枝节缝隙中内嵌匹配枝节4，所述匹配枝节4和谐振器3连接。
所述输入端口馈线1包括输入端50欧姆非对称共面带状线11和与非对称共面带状线垂直连接的槽线12，所述输入端50欧姆非对称共面带状线11与介质基板5的窄边平行，其长度为窄边长度的一半，所述槽线12在介质基板5的中轴线上。
所述谐振器3关于介质基板5轴对称，包括第一辐射枝节31、第二辐射枝节32和起滤波作用的U字形带状线33。滤波效果的好坏由U字形的谐振器决定，低频谐振点的位置由谐振器的辐射枝节长度决定，长度越短频点越高。
所述介质基板5的相对介电常数为2.2，厚度为0.508mm。
所述滤波天线通过印制电路板制造工艺对电路基板正面的金属面进行加工腐蚀，形成所需的金属图案。
该滤波天线的工作原理为：信号经由50欧姆非对称共面带状线11传输，然后经由槽线12与谐振器3构成的T型结构产生反相的输入信号，并耦合至谐振器3和辐射贴片2，从而产生谐振，形成具有滤波效果的对称振子辐射。
实施例1
实施例1采用相对介电常数为2.2、厚度为0.508mm的介质基板5，损耗角正切为0.0009。基于ACPS的滤波天线的立体结构如图1所示，俯视图如图2所示，有关尺寸规格如图3所示。结合图3，该基于ACPS的新型滤波天线的各尺寸参数如下：L1＝27mm，W1＝1.1mm，L2＝13.3mm，W2＝0.4mm，L3＝3.5mm，W3＝0.4mm，L4＝8.5mm，W4＝2.3mm，L5＝9.5mm，W5＝0.45mm，L6＝4mm，W6＝0.4mm，L7＝6.55mm，W7＝0.6mm，W8＝11.4mm，W9＝0.1mm，W10＝0.8mm基于ACPS的新型滤波天线的整体面积为30.4×27mm2，对应的导波长尺寸为0.51λg×0.453λg，其中λg为通带中心频率对应的导波波长。
本实例在电磁仿真软件HFSS.13中进行建模仿真。图4是本实例滤波天线的S参数仿真图，从图中可以看出，该滤波天线的通带中心频率为5.035GHz，相对带宽为63.35％。具有良好的频率选择特性。
图5是本实例滤波天线的Realized Gain参数仿真图，从图中可以看出，该天线频率选择特性良好，且带宽较宽。
图6、图7、图8是本实例滤波天线在3.7GHz、5.05GHz、6.4GHz天线辐射方向图，从图中可以看出，该天线属于全向性对称振子天线。
综上所述，本发明滤波天线结合了非对称共面带状线的特性，具有结构简单、易集成、损耗低、带宽宽、效率高等优点,非常适用于现代无线通信系统。

Claims (3)

1.基于ACPS的滤波天线，其特征在于：包括介质基板(5)，以及设置在介质基板(5)表面的输入端口馈线(1)和关于介质基板(5)轴对称的两个辐射贴片(2)，在两个辐射贴片(2)之间的缝隙间内嵌谐振器(3)，所述辐射贴片(2)的对称位置分别设置一匹配枝节缝隙，在匹配枝节缝隙中内嵌匹配枝节(4)，所述匹配枝节(4)和谐振器(3)连接；所述输入端口馈线(1)包括输入端50欧姆非对称共面带状线(11)和与非对称共面带状线垂直连接的槽线(12)，所述输入端50欧姆非对称共面带状线(11)与介质基板(5)的窄边平行，其长度为窄边长度的一半，所述槽线(12)在介质基板(5)的中轴线上；
所述谐振器(3)关于介质基板(5)轴对称，包括第一辐射枝节(31)、第二辐射枝节(32)和起滤波作用的U字形带状线(33)。
2.根据权利要求1所述的基于ACPS的滤波天线，其特征在于：所述介质基板(5)的相对介电常数为2.2，厚度为0.508mm。
3.根据权利要求1所述的基于ACPS的滤波天线，其特征在于：所述滤波天线通过印制电路板制造工艺对电路基板正面的金属面进行加工腐蚀，形成所需的金属图案。
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