CN109037922A - 巴伦滤波器馈电的差分微带滤波天线 - Google Patents

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张晓红
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Abstract

本发明涉及一种巴伦滤波器馈电的差分微带滤波天线。该结构采用巴伦滤波器产生具有滤波特性的差分信号，激励差分馈电微带天线，实现小型化且同时具有滤波和辐射特性的差分馈电微带滤波天线。该滤波天线通带内具有稳定的增益，通带外增益下降快，边缘选择性较好。此外，该结构辐射方向图对称，交叉极化在E面和H面都能达到‑35dB。

Description

巴伦滤波器馈电的差分微带滤波天线
技术领域
本发明涉及一种巴伦滤波器馈电的差分微带滤波天线，可作为小型化无线收发机射频前端的天线，广泛应用于移动通信、卫星通信以及雷达等无线通信系统中。
背景技术
随着无线通信系统的发展，射频前端结构正朝着多功能、小型化和集成化的方向发展。天线和滤波器是射频前端不可或缺的两部分，传统设计中关注的通常是单个器件本身的性能，然后采用50Ω传输线或者阻抗匹配网络进行级联。这样的设计方案，结构尺寸大，级联容易造成阻抗失配。为了克服这些问题，研究者提出了能够同时实现辐射和滤波特性的滤波天线，这种天线不但可以省去传统设计中器件间不必要的能量损耗，还能实现小型化、集成化的设计目标。
差分馈电微带天线具有宽带、低交叉极化、方向图对称等优点，并且可以直接跟差分微带电路集成，因此近年来成为了天线领域研究的热点之一。巴伦功分器常被用于差分馈电天线的馈电网络中，但是这种馈电方式实现的天线不具有滤波特性。通常为了实现滤波特性，需在巴伦功分器之前或者之后加入额外的滤波器。滤波器的引入会增加射频前端的损耗，降低天线增益，并且增大结构的整体尺寸。
由上可知，现有技术中较少涉及差分馈电滤波天线的实现方法，特别是小型化、集成化的差分馈电滤波天线。
发明内容
本发明的一个目的是针对现有技术的不足，提供一种巴伦滤波器馈电的差分微带滤波天线，它将差分馈电天线与巴伦滤波器进行一体化设计，实现滤波和辐射功能的同时，还能实现不平衡到平衡信号的转换。并且，这种结构在通带内具有良好的辐射特性，通带外具有高选择性。
实现本发明目的的技术解决方案为：
一种巴伦滤波器馈电的差分微带滤波天线，包括相同长宽尺寸的两层上下设置的介质基板，上层介质基板S1和下层介质基板S2之间设有与介质基板同等大小的金属层M1作为接地面；
上层介质基板S1的上表面正中间刻有一个辐射贴片P1；
下层介质基板S2的下表面刻有巴伦滤波器F1。巴伦滤波器F1由两个镜像对称的C型半波长谐振器R1和R2，一个输入微带线T1，一对轴对称的输出微带线T2和T3组成；所述输出微带线T2和T3其形状为L型；
输出微带线T2和T3的对称轴与L型长边所在直线的交点和辐射贴片P1中心位于一条垂直线上。C型半波长谐振器R1和R2的长度和宽度决定增益的带外选择特性；输出微带线T2和T3长边的长度和宽度影响滤波天线的工作频率和带内阻抗匹配特性；输出微带线T2和T3的间距影响天线的工作频率和阻抗匹配特性。
金属层M1上开有一对轴对称的耦合缝隙C1和C2(即为谐振缝隙)，形状可以是H型、I型、U型等，其尺寸影响天线的阻抗匹配特性。两个耦合缝隙C1和C2的对称轴与其中心所在直线的交点与辐射贴片P1中心位于同一条垂直线上。
辐射贴片P1可以是圆形、正方形或者长方形等，其尺寸决定天线的工作频率。
作为优选，辐射贴片P1的中心与介质基板S1、S2及金属层M1的中心重合。
工作过程：信号通过输入微带线T1输入到巴伦滤波结构F1中，使C型半波长谐振器R1和R2谐振在相应频率，实现通带内具有两个谐振极点、通带外具有选择特性的滤波效果，然后同时从两条输出传输线T2和T3中输出一对具有带通效果的等幅反相差分信号。再通过金属面M1上的两个耦合缝隙C1和C2传给上层介质板上表面的辐射贴片P1，最后将能量辐射出去从而形成天线。辐射贴片P1的工作频率稍大于巴伦滤波器通带的谐振频率，使整个滤波天线通带内有三个谐振极点，辐射贴片P1可看成整个滤波天线的最后一阶谐振结构，从而展宽滤波天线通带内的带宽。由于半波长谐振器R1和R2的谐振作用，信号在频率小于2.12GHz和大于2.9GHz的频段内得到抑制，从而实现滤波的效果。两条输出传输线T2和T3通过耦合缝隙C1和C2直接激励辐射贴片P1；通过调整耦合缝隙C1和C2的长度、宽度、距离，以及两条输出传输线T2和T3长边的长度和宽度可优化滤波天线的阻抗匹配特性，这种激励方式不需要额外的阻抗匹配电路来连接滤波巴伦和天线结构，从而实现整体结构的小型化。
本发明与现有技术相比，其显著优点为：
1)本发明提出的巴伦滤波器馈电的差分微带滤波天线，采用差分馈电微带天线结构，在通带内能够实现稳定且对称的辐射方向图，低交叉极化。
2)本发明提出的巴伦滤波器馈电的差分微带滤波天线，差分馈电天线作为整个滤波结构的最后一级谐振单元，有效展宽了滤波天线整体的工作带宽。
3)本发明提出的巴伦滤波器馈电的差分微带滤波天线，采用巴伦滤波器激励差分馈电微带天线，带外抑制效果明显，并且相比较传统级联形式的滤波天线，结构体积大大减小，提高了射频前端的集成度，满足目前对小型化射频前端系统的需求。
附图说明
图1是本发明巴伦滤波器馈电的差分微带滤波天线立体结构示意图；
图2是本发明巴伦滤波器馈电的差分微带滤波天线的侧视图；
图3是本发明上层介质基板和辐射贴片的示意图；
图4是本发明中耦合缝隙的示意图；
图5是本发明巴伦滤波器的示意图；
图6是本发明巴伦滤波器馈电的差分微带滤波天线S系数和增益曲线仿真图，图中同时给出了与巴伦滤波器S参数|S11|、|S31|及差分馈电微带天线增益的比较；
图7是本发明在2.45GHz处的辐射方向图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步的分析。
结合图1和图2，巴伦滤波器馈电的差分微带滤波天线，包括上层介质基板S1、下层介质基板S2、方形辐射贴片P1、接地面M1、馈电巴伦滤波器F1、耦合缝隙C1和C2。
介质基板S1在上层，介质基板S2在下层，两者之间由接地面M1隔开。方形辐射贴片P1位于介质基板S1的上表面中心。两个I型耦合缝隙C1和C2蚀刻在接地面M1上，并关于Y轴对称。馈电巴伦滤波器F1位于介质基板S2下表面。
巴伦滤波器F1由两个镜像对称的C型半波长谐振器R1和R2，一个输入微带线T1，输出微带线T2和T3组成；输出微带线T3为顺时针旋转90°的“L”结构，输出微带线T2为输出微带线T3关于Y轴轴对称结构。
C型半波长谐振器R1的开口与C型半波长谐振器R2的开口连接构成闭合结构，C型半波长谐振器R1远离开口一侧设有输入微带线T1，C型半波长谐振器R2远离开口一侧设有输出微带线T2和T3。
L型输出微带线T2、T3位于同一直线上的边的最短间距与另一边的最短间距相等。
L型输出微带线T2、T3位于X轴上的边所在直线与对称轴的交点，辐射贴片P1中心，耦合缝隙C1和C2的中心与对称轴的交点，介质基板S1、S2及金属层M1的中心位于一条垂直线上。
所述介质基板S1相对介电常数εr为2.2～10.2，厚度h1为0.01λ～0.1λ；介质基板S2相对介电常数εr为2.2～10.2，厚度h2为0.001λ～0.1λ，其中λ为自由空间波长。
辐射贴片P1的长度L为0.35λg～0.5λg，宽度W为0.35λg～0.65λg，其中λg为介质基板S1的有效介质波长。耦合缝隙C1和C2的长Ls为0.25λg～0.4λg，宽Ws为0.005λg～0.02λg，两耦合缝隙中心之间的距离d为0.2λg～0.4λg，其中λg为介质基板S2的有效介质波长。巴伦滤波器F1的长度L1为0.03λg～0.06λg，L2为0.05λg～0.2λg，L3为0.05λg～0.2λg，L4为0.03λg～0.1λg，L5为0.2λg～0.4λg，其中的耦合缝隙宽度为g0为0.004λg～0.01λg，g1为0.03λg～0.06λg，其中λg为介质基板S2的有效介质波长。
下面结合实施例对本发明的装置细节及工作情况进行细化说明。
结合图2，选用的介质基板S1的相对介电常数为2.65，厚度h1为5mm(0.04λ)；选用的介质基板S2相对介电常数为3.55，厚度h2为0.5mm(0.004λ)，其中λ为122mm(λ为2.45GHz中心频率下的自由空间波长)。
结合图3，辐射贴片P1的长度L和宽度W均为32mm(0.43λg)，其中λg为74.9mm(λg为介质基板S1在2.45GHz中心频率下的工作波长)。
结合图4，耦合缝隙C1和C2的长度ls为20mm(0.31λg)，宽度ws为0.7mm(0.01λg)，两者之间的间距d为22mm(0.34λg)，其中λg1为64.75mm(λg1为介质基板S2在2.45GHz中心频率下的工作波长)。
结合图5，巴伦滤波器F1的长度L1为3.05mm(0.05λg)，L2为8.8mm(0.13λg)，L3为9.48mm(0.15λg)，L4为4.6mm(0.07λg)，L5为22.7mm(0.35λg)，其中的耦合缝隙宽度为g0为0.4mm(0.006λg)，g1为3mm(0.046λg)，其中λg为74.9mm(λg为介质基板S1在2.45GHz中心频率下的工作波长)。
结合图6，巴伦滤波器馈电的差分微带滤波天线反射系数低于-10dB的工作频带为2.38～2.52GHz，相对带宽5.7％。结构中采用的巴伦滤波器是二阶滤波器，滤波天线的反射系数中显示有三个零点，由此可证实差分馈电微带天线可看成整个滤波结构的最后一阶谐振器。工作频带内滤波天线的最大增益为2.45GHz处的6.5dBi，与差分馈电微带天线相比，最大增益值低0.38dB，但是滤波天线通带内增益更稳定。增益曲线在频带边缘下降较快，在频率小于2.12GHz和大于2.9GHz的频段内，增益小于-30dBi，带外抑制明显，实现了较好的增益选择特性。
结合图7，巴伦滤波器馈电的差分微带滤波天线在E面和H面内都能得到对称的辐射方向图，并且E面和H面的交叉极化均小于-30dB，可见天线在工作频带内具有良好的辐射特性。

Claims (9)

1.巴伦滤波器馈电的差分微带滤波天线，其特征在于包括两层上下设置的介质基板，上层介质基板S1和下层介质基板S2之间设有金属层M1作为接地面；
上层介质基板S1的上表面正中间刻有一个辐射贴片P1；
下层介质基板S2的下表面刻有巴伦滤波器F1；巴伦滤波器F1由两个镜像对称的C型半波长谐振器R1和R2，一个输入微带线T1，一对轴对称的输出微带线T2和T3组成；所述输出微带线T2和T3其形状为L型；
输出微带线T2和T3的对称轴与L型长边所在直线的交点和辐射贴片P1中心位于一条直线上；
金属层M1上开有一对轴对称的耦合缝隙C1和C2，耦合缝隙C1和C2的对称轴与其中心所在直线的交点与辐射贴片P1中心位于同一条直线上。
2.如权利要求1所述的巴伦滤波器馈电的差分微带滤波天线，其特征在于C型半波长谐振器R1的开口与C型半波长谐振器R2的开口连接构成闭合结构，C型半波长谐振器R1远离开口一侧设有输入微带线T1，C型半波长谐振器R2远离开口一侧设有输出微带线T2和T3。
3.如权利要求1所述的巴伦滤波器馈电的差分微带滤波天线，其特征在于C型半波长谐振器R1和R2的尺寸影响滤波天线的工作频率和带外零点产生的频率。
4.如权利要求1所述的巴伦滤波器馈电的差分微带滤波天线，其特征在于输出微带线T2和T3长边的长度和宽度影响滤波天线的工作频率和带内阻抗匹配特性；输出微带线T2和T3的间距影响天线的工作频率和阻抗匹配特性。
5.如权利要求1所述的巴伦滤波器馈电的差分微带滤波天线，其特征在于耦合缝隙C1和C2形状可以是H型、I型、U型等，其尺寸影响天线的阻抗匹配特性。
6.如权利要求1所述的巴伦滤波器馈电的差分微带滤波天线，其特征在于辐射贴片P1可以是圆形、正方形或者长方形等，其尺寸决定天线的工作频率。
7.如权利要求1所述的巴伦滤波器馈电的差分微带滤波天线，其特征在于辐射贴片P1的中心与介质基板S1、S2及金属层M1的中心重合。
8.如权利要求1所述的巴伦滤波器馈电的差分微带滤波天线，其特征在于巴伦滤波器产生的一对差分信号通过耦合缝隙C1和C2激励天线，形成差分馈电结构。
9.如权利要求1所述的巴伦滤波器馈电的差分微带滤波天线，可应用于小型化无线收发机射频前端中。
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Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110034395A (zh) * 2019-03-07 2019-07-19 中山大学 一种基于混合馈电的宽带滤波天线及其制造方法
CN110098482A (zh) * 2019-04-16 2019-08-06 华南理工大学 一种基于辐射抵消的多零点宽带滤波天线
CN110729559A (zh) * 2019-10-14 2020-01-24 大连理工大学 一种多频差分定向混合天线
CN110829015A (zh) * 2019-11-27 2020-02-21 北京中石伟业科技股份有限公司 一种分层带状线天线
CN111029740A (zh) * 2019-12-06 2020-04-17 南通大学 一种基于介质谐振器高次模的高增益双向端射天线阵列
CN111478000A (zh) * 2020-04-21 2020-07-31 南京智能高端装备产业研究院有限公司 一种采用双层圆形贴片的多零点带通平衡滤波器
CN113097709A (zh) * 2021-03-30 2021-07-09 华南理工大学 一种高选择性的平面滤波八木天线
CN113488773A (zh) * 2021-06-04 2021-10-08 荣耀终端有限公司 一种方向图互补的共体贴片天线及电子设备

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104103906A (zh) * 2014-08-01 2014-10-15 东南大学 一种多层pcb工艺的低成本微波毫米波圆极化天线
CN106329145A (zh) * 2016-09-08 2017-01-11 哈尔滨工程大学 一种基于微带线馈电的ocsrr缝隙天线

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104103906A (zh) * 2014-08-01 2014-10-15 东南大学 一种多层pcb工艺的低成本微波毫米波圆极化天线
CN106329145A (zh) * 2016-09-08 2017-01-11 哈尔滨工程大学 一种基于微带线馈电的ocsrr缝隙天线

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
金华燕: "巴伦滤波器馈电的差分滤波天线", 《2018年全国微波毫米波会议》 *

Cited By (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110034395B (zh) * 2019-03-07 2020-08-28 中山大学 一种基于混合馈电的宽带滤波天线
CN110034395A (zh) * 2019-03-07 2019-07-19 中山大学 一种基于混合馈电的宽带滤波天线及其制造方法
CN110098482A (zh) * 2019-04-16 2019-08-06 华南理工大学 一种基于辐射抵消的多零点宽带滤波天线
CN110098482B (zh) * 2019-04-16 2020-09-22 华南理工大学 一种基于辐射抵消的多零点宽带滤波天线
CN110729559A (zh) * 2019-10-14 2020-01-24 大连理工大学 一种多频差分定向混合天线
CN110829015A (zh) * 2019-11-27 2020-02-21 北京中石伟业科技股份有限公司 一种分层带状线天线
CN111029740A (zh) * 2019-12-06 2020-04-17 南通大学 一种基于介质谐振器高次模的高增益双向端射天线阵列
CN111029740B (zh) * 2019-12-06 2022-05-13 南通大学 一种基于介质谐振器高次模的高增益双向端射天线阵列
CN111478000A (zh) * 2020-04-21 2020-07-31 南京智能高端装备产业研究院有限公司 一种采用双层圆形贴片的多零点带通平衡滤波器
CN111478000B (zh) * 2020-04-21 2021-09-28 南京智能高端装备产业研究院有限公司 一种采用双层圆形贴片的多零点带通平衡滤波器
CN113097709A (zh) * 2021-03-30 2021-07-09 华南理工大学 一种高选择性的平面滤波八木天线
CN113097709B (zh) * 2021-03-30 2022-05-24 华南理工大学 一种高选择性的平面滤波八木天线
CN113488773A (zh) * 2021-06-04 2021-10-08 荣耀终端有限公司 一种方向图互补的共体贴片天线及电子设备

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