CN108717994A - 一种应用于wlan频段的新型平面双频带通滤波器天线 - Google Patents

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Abstract

本发明属于滤波器天线技术领域，公开了一种应用于WLAN频段的新型平面双频带通滤波器天线，包括：加载枝节的开口环谐振器，J型平行线耦合器，双频单极子天线，介质基板及金属地板。本发明用微带线抽头馈电将信号输入第一开口环谐振器，第一阶谐振器将信号耦合给第二开口环谐振器，第二阶谐振器将信号耦合给平行线耦合器，连接在平行线耦合器上的双频单极子天线将信号辐射出去。本发明采用平面单层结构将天线印刷在PCB板上，结构简单紧凑易于集成；在WLAN2.45GHz和5.2GHz频段具有良好的带内选择和带外抑制特性；克服了传统滤波器天线设计尺寸大的缺点，体积进一步减小且制造成本低，双频滤波结构设计简单。

Description

一种应用于WLAN频段的新型平面双频带通滤波器天线
技术领域
本发明属于滤波器天线技术领域，尤其涉及一种应用于WLAN频段的新型平面双频带通滤波器天线。
背景技术
目前，业内常用的现有技术是这样的：在无线通信系统中，天线和滤波器必不可少，但是在传统无线通信系统设计中，天线和滤波器各成一体，由50欧姆传输线连接，这种设计方案，一方面造成了整个系统的尺寸很大，另一方面也降低了效率，引起了更多的系统损耗。为了解决上面这个问题，一种新的设计概念被提出，即滤波器天线。这种设计思路是把原先各自独立的滤波器和天线集成为一个器件，使得所设计元件同时具备滤波器滤除杂波和天线辐射信号的功能。在设计中，天线在起辐射作用的同时，也充当滤波器的一个谐振器。使滤波器天线的反射系数和增益曲线分别类似于滤波器的回波损耗和插入损耗曲线，提高了滤波器天线的带外抑制性。这种设计思路的优点是显而易见的：减少了传统设计中两个元件之间的匹配电路；降低了系统的复杂程度，使得系统的尺寸能够进一步缩小，变得更紧凑；同时这样设计还减小了滤波器和天线之间的传输损耗。滤波器天线的研究主要是针对单一频段，双频或多频滤波天线报道较少。而存在的少数关于双频滤波器天线的研究报道中滤波器天线结构相对复杂，尺寸相对较大，设计相对繁琐。
综上所述，现有技术存在的问题是：滤波器天线结构相对复杂，尺寸相对较大，设计相对繁琐。
解决上述技术问题的难度和意义：如果能够实现滤波器和天线的一体化设计，将进一步实现小型化，使终端变得更加紧凑，更具有竞争力。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种应用于WLAN频段的新型平面双频带通滤波器天线。
本发明是这样实现的，一种应用于WLAN频段的新型平面双频带通滤波器天线，所述应用于WLAN频段的新型平面双频带通滤波器天线设置有：
介质基板；
所述介质基板的上层是馈电结构和滤波器天线结构；
所述滤波器天线结构包括：第一加载枝节的开口环谐振器、第二加载枝节的开口环谐振器、J型平行线耦合器、连接在平行线耦合器上的双频单极子天线；
所述滤波器天线结构和馈电结构位于同一层；
所述介质基板的下层是金属地板。
进一步，所述馈电结构为微带线抽头馈电；
所述滤波器天线结构第一加载枝节的开口环谐振器，第二加载枝节的开口环谐振器及J型平行线耦合器下方都有金属地板，双频单极子天线下方没有金属地板。
进一步，所述第一加载枝节的开口环谐振器在开口环谐振器内部靠近馈电端口的一端加载开路枝节；
所述第二加载枝节的开口环谐振器开口位置与第一加载枝节的开口环谐振器开口位置中心对称，开口大小不同；
所述第二加载枝节的开口环谐振器加载开路枝节的边与第一加载枝节的开口环谐振器加载开路枝节的边成轴对称，枝节加载位置不同，开路枝节长短不同。
进一步，所述J型平行线耦合器弯折的两个枝节分别水平平行于第二加载枝节的开口环谐振器的相邻两边。
进一步，所述双频单极子天线由两个谐振频率不同的开路枝节组成；
所述开路枝节连接在J型平行线耦合器的一边上，其中该边平行于第二加载枝节的开口环谐振器加载枝节的那条边。
进一步，所述馈电结构用于馈电的微带线，特性阻抗为50欧姆。
综上所述，本发明的优点及积极效果为：使用平面结构设计了双频带通滤波器，完成了天线和滤波器的集成及小型化，可广泛应用于双通带通信系统，克服了传统设计中尺寸大的缺点，体积小且成本低，而且，其中双频滤波器设计简单。本发明应用于WLAN频段的新型平面双频带通滤波器天线在2.45GHz和5.2GHz频段处具有很好的带内选择和带外抑制特性，能够有效隔离带外信号的干扰。
附图说明
图1是本发明实施例提供的应用于WLAN频段的新型平面双频带通滤波器天线结构示意图；
图中：1、介质基板；2、金属地平面；3、抽头馈电微带线；4、第一加载枝节开口环谐振器；5、第二加载枝节开口环谐振器；6、平行线耦合器；7、双频单极子天线。
图2是本发明实施例提供的反射系数特性曲线示意图。
图3是本发明实施例提供的工作在2.45GHz频点的XOY面归一化辐射方向示意图。
图4是本发明实施例提供的工作在2.45GHz频点的XOZ面归一化辐射方向示意图。
图5是本发明实施例提供的工作在2.45GHz频点的YOZ面归一化辐射方向示意图。
图6是本发明实施例提供的工作在5.2GHz频点的XOY面归一化辐射方向示意图。
图7是本发明实施例提供的工作在5.2GHz频点的XOZ面归一化辐射方向示意图。
图8是本发明实施例提供的工作在5.2GHz频点的YOZ面归一化辐射方向示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明实施例提供的应用于WLAN频段的新型平面双频带通滤波器天线包括：介质基板、金属地平面、馈电结构和滤波器天线；金属地平面只位于第一和第二加载枝节的开口环谐振器以及平行线耦合器下方；馈电结构采用50欧姆微带线抽头式馈电；滤波器天线第一第二谐振单元分别为第一加载枝节开口环谐振器和第二加载枝节开口环谐振器，第三谐振单元同时也是辐射单元是连接在平行线耦合器上的双频单极子天线。
如图1所示，本发明实施例提供的应用于WLAN频段的新型平面双频带通滤波器天线包括：金属地平面、馈电结构、滤波器天线和介质基板1；位于介质基板1下层的是金属地平面2；位于介质基板1上层的是馈电结构3，第一加载枝节开口环谐振器4，第二加载枝节开口环谐振器5，平行线耦合器6且上述所有结构均位于同一平面；平行线耦合器同一平面的右边是双频单极子天线7，双频单极子天线下方没有金属地板双频单极子天线能够实现全方向辐射。
信号通过特性阻抗为50欧姆的微带线输入到第一加载枝节的开口环谐振器上，第一加载枝节的开口环谐振器将信号耦合到第二加载枝节的开口环谐振器上，第二加载枝节的开口环谐振器再将信号耦合到平行线耦合器上最终将信号传递给双频单极子天线辐射出去。
本发明实施例中，所述双频单极子天线是两个开路单极子天线通过缠绕线技术分成两个谐振路径的简单双频单极子天线，本发明的技术方案并不限于该双频单极子天线，其他任何能够代替第三谐振单元的双频单极子天线均属于本发明的保护范围。
所述双频滤波器天线的第一第二谐振单元，第一第二加载枝节的开口环谐振器，开口大小和加载枝节位置以及加载开路枝节长短均由所需频段决定，并不仅限于特定的开口大小和加载枝节的位置以及加载开路枝节的长短，其他不同开口大小，不同加载开路枝节位置以及不同加载开路枝节长短的滤波器天线均属于本发明的保护范围。
本发明中介质基板1采用相对介电常数为4.4的FR4介质基板，其损耗正切为0.02，介质基板厚度为1mm，长为40mm，宽为20mm。金属地平面2长为26.18mm，宽为20mm。用于馈电的50欧姆微带线3长为5.5mm，宽为1.9mm，微带线下边长距离第一加载枝节的开口环谐振器的下边长0.8mm。
第一加载枝节的开口环谐振器4是边长为9.5mm的正方形；每条边的宽为1mm，开口位于上边的正中间，开口大小为1mm；开路枝节的下边长距离环的下边长2.34mm，开路枝节长为5.12mm，宽为1mm。第二加载枝节的开口环谐振器5和第一加载枝节的开口环谐振器4类似，不同之处在于开口位置位于下边的正中间，开口大小为1.1mm；开路枝节的上边长距离环的上边长3.75mm，开路枝节长为5mm，宽为1mm。
平行线耦合器6上边长为8.63mm，宽为0.78mm；右边长为13.4mm，宽同上边长一样。连接在平行线耦合器上的双频单极子天线7有两个枝节，如图1所示。其中高频枝节总长为11.22mm，弯折为三部分，宽均为1mm，第一部分长为5.22mm，第二部分长为4mm，第三部分长为2mm；第一部分上边长距离平行线耦合器上边长距离为3.76mm。低频枝节总长度为23.52mm，也是弯折为三部分，宽均为1mm，第一部分长为10.22mm，第二部分长为9.5mm，第三部分长为3.8mm；低频枝节第一部分位于平行线耦合器的右边的底部。
第一与第二加载枝节的开口环谐振器中间间隔距离为0.55mm，第二加载枝节的开口环谐振器两边与平行线耦合器两边的距离均为0.35mm。
图2为本发明具体实施例的反射系数特性曲线图。从图2可以看出，本发明具体实施例的工作频带(反射系数小于-10dB)分别为2.25GHz-2.63GHz和4.95GHz-5.31GHz，相对带宽分别为15.5％和6.9％，覆盖WLAN工作频带。
图3-8分别为本发明具体实施例的2.45GHz和5.2GHz的XOY、XOZ、YOZ面的归一化方向图。
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 (6)

1.一种应用于WLAN频段的新型平面双频带通滤波器天线，其特征在于，所述应用于WLAN频段的新型平面双频带通滤波器天线设置有：
介质基板；
所述介质基板的上层是馈电结构和滤波器天线结构；
所述滤波器天线结构包括：第一加载枝节的开口环谐振器、第二加载枝节的开口环谐振器、J型平行线耦合器、连接在平行线耦合器上的双频单极子天线；
所述滤波器天线结构和馈电结构位于同一层；
所述介质基板的下层是金属地板。
2.如权利要求1所述的应用于WLAN频段的新型平面双频带通滤波器天线，其特征在于，所述馈电结构为微带线抽头馈电；
所述滤波器天线结构第一加载枝节的开口环谐振器，第二加载枝节的开口环谐振器及J型平行线耦合器下方都有金属地板，双频单极子天线下方没有金属地板。
3.如权利要求2所述的应用于WLAN频段的新型平面双频带通滤波器天线，其特征在于，所述第一加载枝节的开口环谐振器在开口环谐振器内部靠近馈电端口的一端加载开路枝节；
所述第二加载枝节的开口环谐振器开口位置与第一加载枝节的开口环谐振器开口位置中心对称，开口大小不同；
所述第二加载枝节的开口环谐振器加载开路枝节的边与第一加载枝节的开口环谐振器加载开路枝节的边成轴对称，枝节加载位置不同，开路枝节长短不同。
4.如权利要求2所述的应用于WLAN频段的新型平面双频带通滤波器天线，其特征在于，所述J型平行线耦合器弯折的两个枝节分别水平平行于第二加载枝节的开口环谐振器的相邻两边。
5.如权利要求2所述的应用于WLAN频段的新型平面双频带通滤波器天线，其特征在于，所述双频单极子天线由两个谐振频率不同的开路枝节组成；
所述开路枝节连接在J型平行线耦合器的一边上，其中该边平行于第二加载枝节的开口环谐振器加载枝节的那条边。
6.如权利要求2所述的应用于WLAN频段的新型平面双频带通滤波器天线，其特征在于，所述馈电结构用于馈电的微带线，特性阻抗为50欧姆。
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Application publication date: 20181030

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