CN108631057A - 带有滤波特性的八木天线 - Google Patents

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Abstract

本发明公了带有滤波特性的八木天线，包括介质基板，以及设置在介质基板上的输入端口馈线、二分之一波长谐振器、有源振子、反射器和两个U形谐振器，其中两个U形谐振器对称耦合于输入端口馈线的两侧。本发明具有结构简单、增益高、易集成、滤波性能好等优点,非常适用于现代无线通信系统。

Description

带有滤波特性的八木天线
技术领域
本发明涉及天线技术，特别是涉及一种紧凑型带有滤波特性的八木天线。
背景技术
1998年，Y.Qian,W.R.Deal,N.Kaneda and T.Itoh等人在Electronics letters(2194-21961998)上发表了“Microstrip-fed quasi-Yagi antenna with broadbandcharacteristics”，文中设计了一款微带线结构的八木天线，采用巴伦结构实现了输入信号的反相特性，接着通过微带线到共面带状线的过渡结构对天线进行宽带阻抗匹配，并使用截断地板作为反射器。该八木天线具有17％的相对带宽和6.5dBi的增益，但是由于馈电部分包括一个从不平衡到平衡转换的巴伦结构，天线的尺寸过大，同时也影响了天线的辐射方向图。2015年，Jin Shi,Xu Wu,Zhi Ning Chen等人在IEEE Antennas and WirelessPropagation Letters(1573-15762015)上发表了“A Compact Differential FilteringQuasi-Yagi Antenna With High Frequency Selectivity and Low Cross-PolarizationLevels”，文中设计了一款带滤波特性的微带线结构八木天线，采用双面平行带状线滤波器结构实现了输入信号的反相特性，减小了天线的尺寸，同时达到滤波天线的效果，但是滤波天线的带宽较窄，结构较复杂，在将滤波器作为整体器件设计到端射滤波天线时，系统尺寸和损耗更大。
发明内容
本发明的目的在于提供一种带有滤波特性的八木天线，结构简单、定向性好、增益高、选择性好、便于集成。
实现本发明目的的技术解决方案为：带有滤波特性的八木天线，包括介质基板，以及设置在介质基板上的输入端口馈线、二分之一波长谐振器、有源振子、反射器和两个U形谐振器，其中两个U形谐振器对称耦合于输入端口馈线的两侧。
本发明与现有技术相比，其显著优点为：1)本发明采用对称共面带状线的馈线结构，以最简单的方式实现了输入信号的等幅反相，减小了天线的尺寸，并且单层平面的设计，方便与有源电路和单片微波集成电路的集成；2)本发明利用八木天线自身的特性，通过调整反射器的位置，从而在低频部分产生增益零点，提高下边带的选择性；3)本发明利用耦合二分之一波长谐振器，使得带宽增加，带内平坦。
附图说明
图1是本发明带有滤波特性的八木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3.75GHz的归一化天线辐射方向图。
图7是实施例1在4.07GHz的归一化天线辐射方向图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，进一步说明本发明方案。
带有滤波特性的八木天线，包括介质基板6，以及设置在介质基板6上的输入端口馈线1、二分之一波长谐振器2、有源振子3、反射器4和两个U形谐振器5，其中两个U形谐振器5对称耦合于输入端口馈线1的两侧。
所述输入端口馈线1关于介质基板6轴对称，为由上金属贴片11和下金属贴片12构成的对称共面带状线。
所述二分之一波长谐振器2的两端耦合在输入端口馈线1的两侧。
所述U形谐振器5为二分之一波长U形谐振器。
所述输入端口馈线1、二分之一波长谐振器2、有源振子3和反射器4在介质基板6上顺次排布。
所述反射器4与有源振子3之间的距离为0.08λ0左右，其中λ0为有源振子3谐振频点对应波长。
所述介质基板6的相对介电常数为2.2，厚度为1mm。
所述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。
八木天线的工作原理为：信号经由50欧姆对称共面带状线1传输，然后经由二分之一波长谐振器2将信号耦合到八木天线的有源振子3部分。通过调整二分之一波长谐振器的长度，使得谐振频点与有源振子的谐振频点靠近，从而增加带宽，并使带内平坦。通过调整反射器4与有源振子3的间距，使得产生谐振，在增益通带低频部分形成增益零点。为了使高频部分具有滤波效果，在输入端口馈线1的两侧耦合U形谐振器。
实施例1
如图1-2所示，带有滤波特性的八木天线，包括介质基板6，以及设置在介质基板6上的输入端口馈线1、二分之一波长谐振器2、有源振子3、反射器4和两个U形谐振器5，所述输入端口馈线1、二分之一波长谐振器2、有源振子3和反射器4在介质基板6上顺次排布，所述两个U形谐振器5分别位于输入端口馈线1的上、下部分。所述输入端口馈线1关于介质基板6轴对称，为由上金属贴片11和下金属贴片12构成的对称共面带状线。所述谐振器2关于介质基板6轴对称，其两端分别耦合在上金属贴片11和下金属贴片12的两侧。所述两个U形谐振器5为二分之一波长U形谐振器，分别为上二分之一波长U形谐振器51和下二分之一波长U形谐振器52，所述上二分之一波长U形谐振器51和下二分之一波长U形谐振器52关于介质基板6轴对称。所述反射器4与有源振子3之间的距离为0.08λ0左右，其中λ0为有源振子3谐振频点对应波长。
本实施例采用相对介电常数为2.2、厚度为1mm、损耗角正切为0.0009的介质基板6，在其上通过印制电路板制造工艺刻画金属图案。如图3所示，八木天线的尺寸参数如下：L1＝13mm，W1＝3.8mm，L2＝5mm，W2＝0.2mm，L3＝9mm，W3＝1mm，L4＝1mm，W4＝0.3mm，L5＝30mm，W5＝1mm，L6＝5mm，W6＝1mm，L7＝36mm，W7＝0.8mm，L8＝13mm，W8＝1.4mm，L9＝1.5mm，W9＝0.3mm。八木天线的整体面积为42×30mm2，对应的导波长尺寸为0.55λg×0.39λg，其中λg为通带中心频率对应的导波波长。
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3.93GHz，相对带宽为15.8％，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，且带内增益平坦，增益高。
图6、图7是本实例滤波天线在3.75GHz、4.07GHz归一化天线辐射方向图，从图中可以看出，该天线属于定向性天线。
综上所述，本发明八木天线结合了对称共面带状线的特性，具有结构简单、易集成、损耗低、定向性好、增益高等优点,非常适用于现代无线通信系统。

Claims (8)

1.带有滤波特性的八木天线，其特征在于，包括介质基板(6)，以及设置在介质基板(6)上的输入端口馈线(1)、二分之一波长谐振器(2)、有源振子(3)、反射器(4)和两个U形谐振器(5)，其中两个U形谐振器(5)对称耦合于输入端口馈线(1)的两侧。
2.根据权利要求1所述的带有滤波特性的八木天线，其特征在于，所述输入端口馈线(1)关于介质基板(6)轴对称，为由上金属贴片(11)和下金属贴片(12)构成的对称共面带状线。
3.根据权利要求1所述的带有滤波特性的八木天线，其特征在于，所述二分之一波长谐振器(2)的两端耦合在输入端口馈线(1)的两侧。
4.根据权利要求1所述的带有滤波特性的八木天线，其特征在于，所述U形谐振器(5)为二分之一波长U形谐振器。
5.根据权利要求1所述的带有滤波特性的八木天线，其特征在于，所述输入端口馈线(1)、二分之一波长谐振器(2)、有源振子(3)和反射器(4)在介质基板(6)上顺次排布。
6.根据权利要求1所述的带有滤波特性的八木天线，其特征在于，所述反射器(4)与有源振子(3)之间的距离为0.08λ0左右，其中λ0为有源振子(3)谐振频点对应波长。
7.根据权利要求1所述的带有滤波特性的八木天线，其特征在于，所述介质基板(6)的相对介电常数为2.2，厚度为1mm。
8.根据权利要求1所述的带有滤波特性的八木天线，其特征在于，所述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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