CN108767476A - 一种简单紧凑的滤波介质谐振器天线 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种简单紧凑的滤波介质谐振器天线,包括:接地板、设置在接地板上的介质基板、设置在介质基板上的介质谐振器、以及混合馈电线,混合馈电线包括:微带线和共形金属条,所述微带线包括:设置在介质基板上的微带线主枝和从所述微带线主枝一端延伸出的第一微带线枝节和第二微带线枝节。本发明通过在介质谐振器天线中使用混合馈电线,使得该介质谐振天线不仅增加了阻抗带宽,还在通带边缘附近引入两个辐射零点,因此,可以在没有任何额外的滤波电路的情况下,获得良好的滤波和辐射性能,进而能够在保持良好的滤波和辐射性能条件下,精简介质谐振器天线的结构和尺寸,使其更加简单紧凑,满足小型化设计需求。
Description
技术领域
本发明涉及介质谐振器天线技术领域,特别涉及一种简单紧凑的滤波介质谐振器天线。
背景技术
随着无线通信事业的飞速发展,现代通信系统对于天线的小型化、宽频带、低损耗等性能提出了更高的要求。虽然微带天线因其低剖面、轻质量等优点,已经得到了深入的研究和广泛的应用,但由于在高频段金属欧姆损耗高和在低频段天线几何尺寸大这两个关键性技术瓶颈的存在,其发展和应用受到了一定的限制。近年来,一种新型天线——介质谐振器天线由于损耗低、尺寸小等良好的性能而受到了广泛的关注和研究。
在移动通信中,越来越流行的是将带通滤波器和天线集成到单个模块中,以减小系统尺寸和插入损耗。但是现有的介质谐振器天线为了保障滤波和辐射性能,其结构设计往往比较复杂,难以满足对其结构小型化的需求。
发明内容
为了解决现有技术的问题,本发明实施例提供了一种简单紧凑的滤波介质谐振器天线。所述技术方案如下:
一方面,本发明实施例提供了一种简单紧凑的滤波介质谐振器天线,包括:
接地板、设置在接地板上的介质基板、设置在介质基板上的介质谐振器、以及混合馈电线,其中,所述混合馈电线用于增加所述滤波介质谐振器天线的带宽,且在所述介质谐振器中形成交叉耦合路径,从而在辐射通带边缘引入辐射零点,实现所述滤波介质谐振器天线的滤波响应。
在本发明实施例上述的滤波介质谐振器天线中,所述混合馈电线包括:微带线和共形金属条,所述微带线包括:设置在介质基板上的微带线主枝和从所述微带线主枝一端延伸出的第一微带线枝节和第二微带线枝节,所述共形金属条的一端与微带线主枝的一端连接。
在本发明实施例上述的滤波介质谐振器天线中,所述第一微带线枝节和所述第二微带线枝节平行设置且均设置在介质谐振器底部,所述第一微带线枝节与所述第二微带线枝节的长度不相等,所述共形金属条设置在介质谐振器的侧壁。
在本发明实施例上述的滤波介质谐振器天线中,所述第一微带线枝节比第二微带线枝节短,所述共形金属条和所述第一微带线枝节共同产生通带高频边沿的辐射零点。
在本发明实施例上述的滤波介质谐振器天线中,所述第一微带线枝节比第二微带线枝节短,所述共形金属条和所述第二微带线枝节协同产生通带低频边沿的辐射零点。
在本发明实施例上述的滤波介质谐振器天线中,所述第一微带线枝节的长度范围为:0.15λ0~0.35λ0,所述第二微带线枝节的长度范围为:0.3λ0~0.5λ0,其中,λ0为滤波介质谐振器天线中心频率对应的导波波长。
在本发明实施例上述的滤波介质谐振器天线中,所述介质谐振器采用横截面为方形或圆形的介质谐振器制备。
在本发明实施例上述的滤波介质谐振器天线中,所述介质谐振器采用横截面为正方形的介质谐振器制备。
在本发明实施例上述的滤波介质谐振器天线中,所述微带线设置在所述介质谐振器底面的中轴线上,所述共形金属条设置在所述介质谐振器侧面的中轴线上。
本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是:
本发明实施例通过在介质谐振器天线中使用混合馈电线,即包含有第一微带线枝节、第二微带线枝节、以及共形金属条共同组成的馈电结构,使得该介质谐振天线不仅增加了阻抗带宽(介质谐振器的介电常数9.5时能实现22%的带宽内稳定的定向辐射),还在通带边缘附近引入两个辐射零点,因此,可以在没有任何额外的滤波电路的情况下,获得良好的滤波和辐射性能,进而能够在保持良好的滤波和辐射性能条件下,精简介质谐振器天线的结构和尺寸,使其更加简单紧凑,满足小型化设计需求。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案,下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例一提供的一种简单紧凑的滤波介质谐振器天线的结构示意图;
图2是本发明实施例一提供的一种简单紧凑的滤波介质谐振器天线的俯视结构示意图;
图3是本发明实施例一提供的一种第一微带线枝节不同长度条件下的滤波介质谐振器天线的反射系数仿真结果示意图;
图4是本发明实施例一提供的一种第一微带线枝节不同长度条件下的滤波介质谐振器天线的增益仿真结果示意图;
图5是本发明实施例一提供的一种第二微带线枝节不同长度条件下的滤波介质谐振器天线的反射系数仿真结果示意图;
图6是本发明实施例一提供的一种第二微带线枝节不同长度条件下的滤波介质谐振器天线的增益仿真结果示意图;
图7是本发明实施例一提供的一种中心频率1.9GHz简单紧凑的滤波介质谐振器天线的仿真和测试的反射系数结果示意图;
图8是本发明实施例一提供的一种中心频率1.9GHz简单紧凑的滤波介质谐振器天线的仿真和测试的增益和效率的结果示意图;
图9是本发明实施例一提供的一种简单紧凑的滤波介质谐振器天线的中心频率1.9GHz的仿真和测试的方向图;
图10本发明实施例一提供的一种中心频率为5.8GHz且采用优选尺寸条件下的滤波介质谐振器天线的反射系数和增益仿真结果示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
实施例一
本发明实施例提供了一种简单紧凑的滤波介质谐振器天线,参见图1,包括:接地板1、设置在接地板1上的介质基板2、设置在介质基板2上的介质谐振器3、以及混合馈电线4(参见图2),其中,混合馈电线4用于增加滤波介质谐振器天线的带宽,且在所述介质谐振器3中形成交叉耦合路径,从而在辐射通带边缘引入辐射零点,实现所述滤波介质谐振器天线的滤波响应。
具体地,参见图1和图2,混合馈电线4可以包括:微带线41和共形金属条42,微带线41包括:设置在介质基板上的微带线主枝411和从微带线主枝411一端延伸出的第一微带线枝节412和第二微带线枝节413,共形金属条42的一端与微带线主枝411的一端连接,混合馈电线4增加天线带宽,实现滤波功能。
在本实施例中,在介质谐振器天线中使用混合馈电线,因为微带线枝节(即第一微带线枝节和第二微带线枝节)和共形金属条的不同加载效应,这两种馈电激励起来的介质谐振器天线基模的谐振频率略有不同,三个邻近的谐振产生了一个比较宽的带宽21.9%和很平稳的增益5.1dBi。混合馈电线也在天线中建立起了交叉耦合的结构,在通带两侧形成辐射零点。即该介质谐振天线不仅增加了阻抗带宽,还在通带边缘附近引入两个辐射零点,因此,可以在没有任何额外的滤波电路的情况下,获得良好的滤波和辐射性能。
可选地,参见图1和图2,第一微带线枝节412和第二微带线枝节413平行设置且均设置在介质谐振器3底部,第一微带线枝节412与第二微带线枝节413的长度不相等,共形金属条42设置在介质谐振器3的侧壁。
需要说明的是,第一微带线枝节412和第二微带线枝节413的长度不相等,在图1和图2中,第一微带线枝节412比第二微带线枝节413短,在实际应用中,也可以是第一微带线枝节412比第二微带线枝节413长,这里不做限制。
可选地,参见图1,第一微带线枝节412比第二微带线枝节413短,共形金属条42和第一微带线枝节412共同产生通带高频边沿的辐射零点,提高频率选择性;共形金属条42和第二微带线枝节413协同产生通带低频边沿的辐射零点,提高频率选择性。
可选地,为了方便拓展到双极化设计,参见图1和2,介质谐振器3可以采用横截面为方形或圆形的介质谐振器制备。
优选地,参见图1和图2,介质谐振器3可以采用横截面为正方形的介质谐振器制备。
可选地,参见图1和图2,微带线41设置在介质谐振器3底面的中轴线上,共形金属条42设置在介质谐振器3侧面的中轴线上。
可选地,第一微带线枝节412的长度范围为:0.15λ0~0.35λ0,第二微带线枝节413的长度范围为:0.3λ0~0.5λ0,其中,λ0为滤波介质谐振器天线中心频率对应的导波波长。
在本实施例中,参见图3-6,在图3和图4中,采用了不同长度尺寸的第一微带线枝节412来制备滤波介质谐振器天线,并仿真其反射系数(即图3中的︱S11︱)和增益结果;在图5和图6中,采用了不同长度尺寸的第二微带线枝节413来制备滤波介质谐振器天线,并仿真其反射系数和增益结果。可以看到微带枝节长度的科学选取可以有效控制上下边带的辐射零点位置,进而可以灵活地调整通带边沿的滚降度,提高频率选择性;另外,调整微带线枝节的长度也可以移动谐振模式,进而可以控制天线的带宽。
优选地,中心频率为1.9GHz时,介质谐振器3的长为45mm(即图1中的a)、宽为45mm(即图1中的b)、高为17.5mm(即图1中的h),介质谐振器3的介质常数为9.5,第一微带线枝节412的长度为11.8mm(即图2中的ls1)、宽为0.9mm(即图2中的ws1),第二微带线枝节413的长度为20.2mm(即图2中的ls2)、宽为0.4mm(即图2中的ws2),共形金属条42的长度为17mm(即图1中l)、宽为0.1mm(即图1中的w)。
此外,图7-9是上述简单紧凑的滤波介质谐振器天线的仿真和测试的结果,测试结果是根据上述优选尺寸制备的实体滤波介质谐振器天线进行测量得到的,其中图7是上述简单紧凑的滤波介质谐振器天线的反射系数的仿真和测试结果,图8是上述简单紧凑的滤波介质谐振器天线的增益的仿真和测试结果,图9是中心频率为1.9GHz的辐射方向图。由上述附图7-9可知,本申请的简单紧凑的滤波介质谐振器天线的仿真和测试结果之间的波动在合理范围内(差别主要由介质谐振器和介质基板之间的间隙以及介质谐振器的加工误差造成),其具有可靠的实践性(即能够被实现)。此外,天线同时呈现良好的滤波和辐射特性,测试的阻抗带宽21.9%,低频和高频阻带反射系数曲线平坦且接近0dB,通带和阻带间的边沿陡峭,呈现出很好的频率选择性。通带内增益曲线平坦,平均增益5.1dB,通带两侧1.65GHz和2.31GHz各有一个辐射零点,呈现出陡峭的通带边沿,在1~2.7GHz内的阻带中带外抑制超过16dB。测量的带内效率超过90%,在辐射零点处的效率低于0.9%。方向图中主极化比交叉极化在正上方大25dB,本实施例用的地板边长0.44波长,增大地板可以提高方向图前后比。
另外,参见图10,是滤波介质谐振器天线在中心频率为5.8GHz时,采用如下优选尺寸a=b=14.7mm,h=5.7mm,l=5.6mm,w=0.1mm,ws=0.6mm,ls=0.65mm,ls1=6.5mm,ws1=0.13mm,ls2=3.8mm,ws2=0.29mm,g=0.1mm,hs=0.203mm,Gl=23mm时仿真的反射系数和增益结果。由图10可以看到出来,该滤波介质谐振器天线具有良好的滤波和辐射性能。需要说明的是,ls是微带线主枝411的一端伸入到介质谐振器3底部的长度,g为第一微带线枝节412与第二微带线枝节413之间的间隙宽度,Gl为的介质基板2长度和宽度(介质基板2的截面为正方形),hs为接地板1和介质基板2的总厚度。
本发明实施例通过在介质谐振器天线中使用混合馈电线,即包含有第一微带线枝节、第二微带线枝节、以及共形金属条共同组成的馈电结构,使得该介质谐振天线不仅增加了阻抗带宽,还在通带边缘附近引入两个辐射零点,因此,可以在没有任何额外的滤波电路的情况下,获得良好的滤波和辐射性能,进而能够在保持良好的滤波和辐射性能条件下,精简介质谐振器天线的结构和尺寸,使其更加简单紧凑,满足小型化设计需求。
以上所述仅为本发明的较佳实施例,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、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种简单紧凑的滤波介质谐振器天线,其特征在于,包括:
接地板(1)、设置在接地板上的介质基板(2)、设置在介质基板上的介质谐振器(3)、以及混合馈电线(4),其中,所述混合馈电线(4)用于增加所述滤波介质谐振器天线的带宽,且在所述介质谐振器(3)中形成交叉耦合路径,从而在辐射通带边缘引入辐射零点,实现所述滤波介质谐振器天线的滤波响应。
2.根据权利要求1所述的滤波介质谐振器天线,其特征在于,所述混合馈电线(4)包括:微带线(41)和共形金属条(42),所述微带线包括:设置在介质基板上的微带线主枝(411)和从所述微带线主枝(411)一端延伸出的第一微带线枝节(412)和第二微带线枝节(413),所述共形金属条(42)的一端与微带线主枝(411)的一端连接。
3.根据权利要求2所述的滤波介质谐振器天线,其特征在于,所述第一微带线枝节(412)和所述第二微带线枝节(413)平行设置且均设置在介质谐振器(3)底部,所述第一微带线枝节(412)与所述第二微带线枝节(413)的长度不相等,所述共形金属条(42)设置在介质谐振器(3)的侧壁。
4.根据权利要求3所述的滤波介质谐振器天线,其特征在于,所述第一微带线枝节(412)比第二微带线枝节(413)短,所述共形金属条(42)和所述第一微带线枝节(412)共同产生通带高频边沿的辐射零点,所述共形金属条(42)和所述第二微带线枝节(413)协同产生通带低频边沿的辐射零点。
5.根据权利要求2-4任一项所述的滤波介质谐振器天线,其特征在于,所述第一微带线枝节(412)的长度范围为:0.15λ0~0.35λ0,所述第二微带线枝节(413)的长度范围为:0.3λ0~0.5λ0,其中,λ0为滤波介质谐振器天线中心频率对应的导波波长。
6.根据权利要求1所述的滤波介质谐振器天线,其特征在于,所述介质谐振器(3)采用横截面为方形或圆形的介质谐振器制备。
7.根据权利要求6所述的滤波介质谐振器天线,其特征在于,所述介质谐振器(3)采用横截面为正方形的介质谐振器制备。
8.根据权利要求7所述的滤波介质谐振器天线,所述微带线(41)设置在所述介质谐振器(3)底面的中轴线上,所述共形金属条(42)设置在所述介质谐振器侧面的中轴线上。
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