CN108682939B - 一种滤波天线 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种滤波天线，所述滤波天线包括：电介质基板；辐射贴片，所述辐射贴片位于所述电介质基板的表面；微带馈电网络，所述微带馈电网络位于所述电介质基板的所述表面，并且所述微带馈电网络与所述辐射贴片耦合；其中，所述微带馈电网络具有从所述辐射贴片贯通至所述电介质基板的边缘的馈电线路、以及连接所述馈电线路的开路滤波支路。该滤波天线的结构简单、重量轻，有利于实现双极化。

Description

一种滤波天线

技术领域

本发明涉及天线技术，特别涉及一种滤波天线。

背景技术

现有天线的滤波功能通常直接采用滤波器或者在天线中设计具有滤波特性的结构。直接采用腔体滤波器或介质滤波器时，由于滤波器的尺寸较大且重量较重，难以与天线进行一体化设计。而目前使天线实现具有滤波功能主要有以下两种形式，一种是在馈电网络中设计滤波馈电网络，此种形式中馈电路径较长，增加了网路中的损耗；另一种是在贴片天线中添加特定的滤波结构，即形成固定的具有滤波功能的结构，导致天线附加了滤波结构，造成天线重量大，加工工艺复杂，难以应用到双极化天线。

发明内容

本发明提供一种滤波天线，该滤波天线的结构简单、重量轻，有利于实现双极化。

本发明的一个实施例提供了一种滤波天线，所述滤波天线包括：

电介质基板；

辐射贴片，所述辐射贴片位于所述电介质基板的表面；

微带馈电网络，所述微带馈电网络位于所述电介质基板的所述表面，并且所述微带馈电网络与所述辐射贴片耦合；

其中，所述微带馈电网络具有从所述辐射贴片贯通至所述电介质基板的边缘的馈电线路、以及连接所述馈电线路的开路滤波支路。

可选地，所述微带馈电网络进一步具有开路耦合支路，所述开路耦合支路层叠在所述辐射贴片与所述电介质基板之间。

可选地，所述辐射贴片的金属层在覆盖所述开路耦合支路的区域开设有使所述开路耦合支路与所述辐射贴片形成近场耦合的耦合槽。

可选地，所述耦合槽为矩形槽或多边形槽。

可选地，多条所述开路滤波支路并联，和/或，多条所述开路耦合支路并联。

可选地，两条所述开路滤波支路对称连接在所述馈电线路的两侧，两条所述开路耦合支路对称连接在所述馈电线路的两侧，所述开路滤波支路和所述开路耦合支路均垂直所述馈电线路，且所述开路滤波支路和所述开路耦合支路之间具有预定间距。

可选地，一条所述开路滤波支路的一端连接在所述馈电线路的一侧，两条所述开路耦合支路对称连接在所述馈电线路的两侧，所述开路滤波支路和所述开路耦合支路均垂直所述馈电线路，且所述开路滤波支路和所述开路耦合支路之间具有预定间距。

可选地，两条所述开路耦合支路对称连接在所述馈电线路的两侧，两条所述开路滤波支路连接在所述开路耦合支路与所述馈电线路交点处，且两条所述开路滤波支路分别由各自所在侧向远离所述开路耦合支路的方向倾斜延伸。

可选地，所述开路滤波支路的长度由预设的目标谐振点频率确定。

可选地，所述滤波天线包括至少两个所述微带馈电网络，且至少两个所述微带馈电网络的馈线路相互垂直，以形成两个极化。

由上可见，基于上述的实施例，通过对现有的微带馈电网络进行改进，使其具有滤波功能，可以规避在贴片天线中添加特定滤波结构实现滤波功能。通过微带馈电网络的开路滤波支路，在辐射贴片边缘与电介质基板的边缘之间产生谐振点，形成阻带，抑制天线信号辐射出去，有效的起到滤波作用。并且，采用该结构的滤波天线，可以减轻滤波天线的重量、简化结构，并且，还有利于实现双极化，降低加工成本。

从而，上述实施例能够无需使用滤波器而通过简单的结构实现滤波功能，特别可将此滤波功能的结构应用在双极化天线上，即在保持增益在通带外增益下降陡峭下，实现天线双极化和滤波特性。

附图说明

图1为具体实施例中双极化双馈电的滤波天线结构示意图；

图2为双极化双馈电的滤波天线的层叠相对位置示意图；

图3为具体实施例中双极化双馈电的滤波天线的增益随频率变化曲线图；

图4为具体实施例中第一种微带馈电网络的结构示意图；

图5为具体实施例中第二种微带馈电网络的结构示意图；

图6为具体实施例中第三种微带馈电网络的结构示意图；

图7为具体实施例中双极化三馈电的滤波天线结构示意图；

图8为具体实施例中双极化四馈电的滤波天线结构示意图；

图9为具体实施例中单极化的滤波天线结构示意图；

图10为单极化的滤波天线的层叠相对位置示意图。

附图标记：

1双极化双馈电的滤波天线；

2双极化三馈电的滤波天线；

3双极化四馈电的滤波天线；

4单极化的滤波天线；

10电介质基板；

20辐射贴片；

21耦合槽；

30微带馈电网络；

31馈电线路；

32开路滤波支路；

33开路耦合支路；

40天线罩；

50金属地。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本发明进一步详细说明。

为了详细说明本发明提供的滤波天线的结构，并阐述该具有滤波功能的贴片天线易于实现双极化。下面以一种双极化双馈电的滤波天线对本发明提供的滤波天线的结构及其滤波特性进行详细说明。

请结合附图1至图3所示，其中，图1为具体实施例中双极化双馈电的滤波天线结构示意图；图2为双极化双馈电的滤波天线的层叠相对位置示意图；图3为具体实施例中第一种微带馈电网络的结构示意图。

在一种具体实施例中，如图1和图2所示，该滤波天线包括电介质基板10、辐射贴片20和微带馈电网络30。其中，辐射贴片20位于电介质基板10的表面，微带馈电网络30位于电介质基板10的表面，并且该微带馈电网络30与辐射贴片20耦合。该滤波天线中的微带馈电网路具有馈电线路31和开路滤波支路32，如图1所示，馈电线路31从辐射贴片20贯通至电介质基板10的边缘，从而使得馈电线路31的输入端位于电介质基板10的边缘，另一端位于辐射贴片20和电介质基板10之间；而开路滤波支路32连接在馈电线路31上，参见图3所示，微带馈电网络30中的馈电线路31可看做主干，而开路滤波支路32连接在馈电线路31上形成枝节。开路滤波支路32在辐射贴片20边缘之外，电介质基板10的表面上，产生第一谐振点，从而形成阻带，实现天线的带通滤波特性。

通过上述具体实施例中的简单的微带馈电网络30结构，在馈电线路31上连接开路滤波支路32以产生第一谐振点，从而利用该简单的结构实现了天线的滤波特性，规避使用滤波器或结构复杂的滤波特性结构，有效减轻天线的重量。

并且，基于此种滤波天线的结构，可以实现双极化。也就是说，可将该滤波特性应用到双极化天线上，克服现有贴片天线中采用复杂的滤波特性结构而难以实现双极化的难题。

具体请结合图1和图2所示，图1和图2所示出的是双极化双馈电的滤波天线1结构。在采用该滤波天线的同时，又实现了双极化。在该具体实施例中，包括两个微带馈电网络30，并且两个微带馈电网络30的馈电线路31相互垂直，从而形成两个极化，也就是实现了滤波天线的双极化。由此实施例可知，采用该结构的滤波天线时，能够通过简单的结构同时实现滤波和双极化，降低了加工难度，并且天线的整体重量轻。

在该具体实施例中的滤波天线，相互垂直的两个馈电线路31的端口朝向分别实现了一个计划，并且，两个馈电线路31的端口实现了双馈电。

上述微带馈电网路进一步具有开路耦合支路33，该开路耦合支路33层叠在辐射贴片20与电介质基板10之间，从而产生第二谐振点，进一步实现带通滤波特性。

为了进一步提升馈电效果，辐射贴片20的金属层在覆盖开路耦合支路33的区域开设有使开路耦合支路33与辐射贴片20形成近场耦合的耦合槽21。这样，在电介质基板10的表面的微带馈电网络30的开路耦合支路33位于耦合槽21的槽口上方，从而利用开路耦合支路33与耦合槽21的空间关系形成近场耦合的馈电方式。

结合附图3所示，对于上述具体实施例中的双极化双馈电的滤波天线1，在通带内(2.6GHz，5G候选频段)具有较高的平坦增益，通带边缘增益下降陡峭(3.5GHz。5G候选频段)，并且通过开路耦合支路33提供额外带外抑制(40dB)，可以不用滤波器，实现天线辐射功能和带通滤波特性。

对于该结构的滤波天线能够在确保天线辐射功能，降低天线重量、简化结构的基础上，实现滤波功能，规避对使用滤波器结构时导致天线的结构复杂的问题。该滤波天线适用于4GLTE，5G massive MIMO和无线局网WLAN等移动通信场景。

对于上述耦合槽21，具体可为矩形槽，还可为多边形槽，通过调整耦合槽21的大小可灵活控制耦合量。当然，在满足耦合要求时，也可不开设耦合槽21，而是通过直接耦合的方式进行馈电。在上述具体实施例中，优选地，采用开设矩形的耦合槽21与开路耦合支路33近场耦合的馈电方式。

在本具体实施例中，滤波天线的电介质基板10的另一表面形成接金属地50的平面，在附图2中，电介质基板10的上表面为附图的上方，其下表面为附图的下方，这样，其上表面上依次层叠微带馈电网络30、辐射贴片20，在辐射贴片20的上方为天线罩40，而电介质基板10的下表面的下方为金属箔形成的金属地50，其下表面接金属地50。

对于微带馈电网路的结构形式可根据开路滤波支路32和开路耦合支路33的与馈电线路31的连接位置关系而设定。

多条开路滤波支路32并联，和/或多条开路耦合支路33并联，从而灵活控制增益频率的选择性。

具体地，请参见图4至图6所示，图4为具体实施例中第一种微带馈电网络30的结构示意图；图5为具体实施例中第二种微带馈电网络30的结构示意图；图6为具体实施例中第三种微带馈电网络30的结构示意图。

结合附图4所示，第一种微带馈电网络30具有两条开路滤波支路32和两条开路耦合支路33，其两条开路滤波支路32对称连接在馈电线路31的两侧，两条开路耦合支路33对称连接在馈电线路31的端部两侧，并且，开路滤波支路32和开路耦合支路33均垂直馈电线路31，并且开路滤波支路32和开路耦合支路33之间具有预定间距。

结合附图5所示，与第一种微带馈电网络30相比，第二种微带馈电网络30具有一条开路滤波支路32和两条开路耦合支路33。该一条开路滤波支路32的一端连接在馈电线路31的一侧，两条开路耦合支路33对称连接在馈电线路31的两侧，开路滤波支路32和开路耦合支路33均垂直馈电线路31，并且开路滤波支路32和开路耦合支路33之间具有预定间距。

上述中的开路滤波支路32和开路耦合支路33之间的预定间距根据具体的设计要求和带外抑制的要求而定，在此并不对其具体数值进行限制。

结合附图6所示，第三种微带馈电网络30中的开路滤波支路32和开路耦合支路33连接在馈电线路31的同一位置。第三种微带馈电网络30包括两条开路耦合支路33和两条开路滤波支路32，其中，两条开路耦合支路33对称连接在馈电线路31的两侧，两条开路滤波支路32连接在开路耦合支路33与馈电线路31交点处，并且，两条开路滤波支路32分别由各自所在侧向远离开路耦合支路33的方向倾斜延伸。从而使得开路滤波支路32的开路端与开路耦合支路33的开路端之间具有预定的间距，从而满足滤波和馈电的要求。

开路滤波支路32的长度和开路耦合支路33的长度并不对本申请的方案进行限制，也就是说，在附图中的开路滤波支路32的长度均大于开路耦合支路33的长度，根据具体的滤波天线参数的滤波和馈电要求，也可开路耦合支路33的长度大于开路滤波支路32的长度。

其中，开路滤波支路32的长度有预设的目标谐振点频率确定，在滤波天线中，根据滤波天线的带通滤波特性的要求而具体确定开路滤波支路32的长度。

上述结合双极化双馈电的滤波天线1对本申请的具体方案进行了阐述。本申请中的滤波天线也可实现双极化三馈电、双极化四馈电。

具体结合附图7和附图8对此进行说明。图7为具体实施例中双极化三馈电的滤波天线2结构示意图；图8为具体实施例中双极化四馈电的滤波天线3结构示意图。

如图7所示，与上述具体实施例中双极化双馈电的滤波天线1相比，该双极化三馈电的滤波天线2的不同之处在于具有三个微带馈电网络30，其中，两个微带馈电网络30的输入端口在同一条直线上，实现一个极化，第三个微带馈电网络30的端口朝向与另两个微带馈电网络30的端口所在直线垂直，实现另一个极化，从而实现了双极化，并且，三个微带馈电网络30实现了三馈电。

双极化三馈电的滤波天线2的耦合槽21的数量为三个，是与三个微带馈电网络30相对应的。除上述结构外，双极化三馈电网络的其他结构及相对关系均可参见双极化双馈电网络。

如图8所示，与上述具体实施例中双极化双馈电的滤波天线1相比，该双极化四馈电的滤波天线3的不同之处在于具有四个微带馈电网络30，其中，两个微带馈电网络30的输入端口在同一条直线上，实现一个极化，另两个微带馈电网络30的端口在同在另一条直线上，并且两条直线相互垂直，实现另一个极化，从而实现了双极化，并且，四个微带馈电网络30实现了四馈电。

双极化四馈电的滤波天线3的耦合槽21的数量为四个，是与四个微带馈电网络30相对应的。除上述结构外，双极化四馈电网络的其他结构及相对关系均可参见双极化双馈电网络。

本发明中的滤波天线不仅可以实现双极化，同样可以实现单极化的滤波天线4。

具体参见附图9和附图10，图9为具体实施例中单极化的滤波天线4结构示意图；图10为单极化的滤波天线4的层叠相对位置示意图。

如图9和图10所述，与上述具体实施例中双极化双馈电的滤波天线1相比，该单极化的滤波天线4的不同之处在于具有一个微带馈电网络30。

单极化的滤波天线4的耦合槽21的数量为一个，是与该一个微带馈电网络30相对应的。除上述结构外，单极化的微带馈电网络30的其他结构及相对关系均可参见双极化双馈电网络。

由上可见，基于上述的实施例，通过对现有的微带馈电网络30进行改进，使其具有滤波功能，可以规避在贴片天线中添加特定滤波结构实现滤波功能。通过微带馈电网络30的开路滤波支路32，在辐射贴片20边缘与电介质基板10的边缘之间产生谐振点，形成阻带，抑制天线信号辐射出去，有效的起到滤波作用。并且，采用该结构的滤波天线，可以减轻滤波天线的重量、简化结构，并且，还有利于实现双极化，降低加工成本。

从而，上述实施例能够无需使用滤波器而通过简单的结构实现滤波功能，特别可将此滤波功能的结构应用在双极化天线上，即在保持增益在通带外增益下降陡峭下，实现天线双极化和滤波特性。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。

Claims (8)

1.一种滤波天线，其特征在于，所述滤波天线包括：

电介质基板；

辐射贴片，所述辐射贴片位于所述电介质基板的表面；

微带馈电网络，所述微带馈电网络位于所述电介质基板的所述表面，微带馈电网络和辐射贴片相互分离、层叠地设置于所述表面，并且所述微带馈电网络与所述辐射贴片耦合；

其中，所述微带馈电网络具有从所述辐射贴片贯通至所述电介质基板的边缘的馈电线路、以及连接所述馈电线路的开路滤波支路，所述开路滤波支路位于所述辐射贴片之外，以产生第一谐振点；

所述微带馈电网络进一步具有与所述馈电线路连接的开路耦合支路，所述开路耦合支路层叠在所述辐射贴片与所述电介质基板之间，所述辐射贴片的金属层在覆盖所述开路耦合支路的区域开设有使所述开路耦合支路与所述辐射贴片形成近场耦合的耦合槽，开路耦合支路位于耦合槽的槽口上方，以产生第二谐振点；

所述馈电线路的输入端口的数量与所述微带馈电网络的数量一一对应，且所述耦合槽的数量与所述微带馈电网络的数量一一对应。

2.根据权利要求1所述的滤波天线，其特征在于，所述耦合槽为矩形槽或多边形槽。

3.根据权利要求1所述的滤波天线，其特征在于，多条所述开路滤波支路并联，和/或，多条所述开路耦合支路并联。

4.根据权利要求3所述的滤波天线，其特征在于，两条所述开路滤波支路对称连接在所述馈电线路的两侧，两条所述开路耦合支路对称连接在所述馈电线路的两侧，所述开路滤波支路和所述开路耦合支路均垂直所述馈电线路，且所述开路滤波支路和所述开路耦合支路之间具有预定间距。

5.根据权利要求3所述的滤波天线，其特征在于，一条所述开路滤波支路的一端连接在所述馈电线路的一侧，两条所述开路耦合支路对称连接在所述馈电线路的两侧，所述开路滤波支路和所述开路耦合支路均垂直所述馈电线路，且所述开路滤波支路和所述开路耦合支路之间具有预定间距。

6.根据权利要求3所述的滤波天线，其特征在于，两条所述开路耦合支路对称连接在所述馈电线路的两侧，两条所述开路滤波支路连接在所述开路耦合支路与所述馈电线路交点处，且两条所述开路滤波支路分别由各自所在侧向远离所述开路耦合支路的方向倾斜延伸。

7.根据权利要求1所述的滤波天线，其特征在于，所述开路滤波支路的长度由预设的目标谐振点频率确定。

8.根据权利要求1-7任一项所述的滤波天线，其特征在于，所述滤波天线包括至少两个所述微带馈电网络，且至少两个所述微带馈电网络的馈电线路相互垂直，以形成两个极化。

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