CN109103580B - 磁极子滤波天线阵列 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例公开了一种磁极子滤波天线与磁极子滤波天线阵列，该磁极子滤波天线包括设置于同一基板上的驱动元件与寄生元件，其中，驱动元件与寄生元件相邻的两个边缘处于开路状态，且剩余的边缘均通过若干个通孔接地，以使磁极子滤波天线中的电磁能量从驱动元件耦合至寄生元件，并从处于开路状态的上述两个边缘辐射。相较于现有技术而言，本发明实施例通过引入强耦合的寄生元件，可以产生平坦的通带频率响应和陡峭的上边带滤波频率响应，将滤波功能和辐射功能集成在一起，可以使整个通信系统更加紧凑，从而提高了通信系统的整体性能。

Description

磁极子滤波天线阵列
技术领域
本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种磁极子滤波天线与磁极子滤波天线阵列。
背景技术
在无线通信系统中，靠近天线部分的设备都可以称为RF(Radio Frequency，无线射频)前端设备，RF前端设备通常包括功率放大器，滤波器，功分器以及射频开关等。在传统设计中，天线和滤波器被设计成两个独立的部件，且与公共端口的特性阻抗级联在一起，然而，这种设计方式会增加通信系统整体的损耗，并可能导致阻抗不匹配，从而降低了通信系统的性能。
发明内容
本发明实施例的主要目的在于提供一种磁极子滤波天线与磁极子滤波天线阵列，可以解决现有技术中天线和滤波器的设计方式存在通信系统性能较低的技术问题。
为实现上述目的，本发明实施例第一方面提供一种磁极子滤波天线，该磁极子滤波天线包括驱动元件与寄生元件，所述驱动元件与所述寄生元件设置于同一基板；
所述驱动元件与所述寄生元件相邻的两个边缘处于开路状态，且剩余的边缘均通过若干个通孔接地，以使所述磁极子滤波天线中的电磁能量从所述驱动元件耦合至所述寄生元件，并从处于开路状态的所述两个边缘辐射。
可选的，所述驱动元件与所述寄生元件并列印制于所述基板上，所述基板为单层基板。
可选的，所述驱动元件与所述寄生元件相邻的两个边缘之间的距离与所述基板的厚度之差小于预设差值。
可选的，所述驱动元件的两端与所述寄生元件的两端相互对齐。
可选的，所述驱动元件的两端与所述寄生元件的两端错开，且错开距离小于预设的错开阈值。
为实现上述目的，本发明实施例第二方面提供一种磁极子滤波天线阵列，该磁极子滤波天线阵列包括预设数量个磁极子滤波天线，所述磁极子滤波天线为本发明实施例第一方面提供的磁极子滤波天线；
所述预设数量个磁极子滤波天线并列设置于同一基板。
可选的，所述各个磁极子滤波天线之间相邻的两个边缘共用若干个通孔接地。
可选的，所述预设数量为8个。
本发明实施例提供的磁极子滤波天线，该磁极子滤波天线包括并列设置于同一基板上的驱动元件与寄生元件，其中，驱动元件与寄生元件相邻的两个边缘处于开路状态，且剩余的边缘均通过若干个通孔接地，以使磁极子滤波天线中的电磁能量从驱动元件耦合至寄生元件，并从处于开路状态的上述两个边缘辐射。相较于现有技术而言，本发明实施例通过引入强耦合的寄生元件，可以产生平坦的通带频率响应和陡峭的上边带滤波频率响应，将滤波功能和辐射功能集成在一起，可以使整个通信系统更加紧凑，从而提高了通信系统的整体性能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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为本发明实施例中磁极子滤波天线的结构示意图；
图2为本发明实施例中磁极子滤波天线模拟和测量实现的反射系数仿真示意图；
图3为本发明实施例中磁极子滤波天线实测增益与实测效率的仿真示意图；
图4为本发明实施例中磁极子滤波天线的另一结构示意图；
图5为本发明实施例中磁极子滤波天线阵列的结构示意图；
图6为本发明实施例中磁极子滤波天线阵列的另一结构示意图；
图7为本发明实施例中磁极子滤波天线阵列的天线增益仿真示意图。
具体实施方式
为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参照图1，图1为本发明实施例中磁极子滤波天线的结构示意图，本发明实施例中，磁极子滤波天线包括驱动元件10与寄生元件20，驱动元件10与寄生元件20并列设置于同一基板30。
驱动元件10与寄生元件20相邻的两个边缘，即图1中所示驱动元件10 的边缘11与寄生元件20的边缘21处于开路状态，且剩余的边缘均通过若干个通孔40接地，以使磁极子滤波天线中的电磁能量从驱动元件10耦合至寄生元件20，并从处于开路状态的两个边缘辐射。
其中，驱动元件10中还设置有馈电针12。
为了更好的理解本发明实施例，参照图2，图2为本发明实施例中磁极子滤波天线模拟和测量实现的反射系数仿真示意图。其中，驱动元件10与寄生元件20具有相同的尺寸和谐振频率，但由于强耦合的影响，天线的通带中会出现两个反射零点。此外，天线通带内会较平坦，且在上边带和下边带具有不同的滚降系数。
参照图3，图3为本发明实施例中磁极子滤波天线实测增益与实测效率的仿真示意图。在图3中，上述磁极子滤波天线在通带内具有平坦的增益响应。在上阻带，出现一个辐射零点，天线增益达到最小值。在通带内，辐射效率在 80％左右，而在上阻带，辐射效率迅速下降，这种优异的性能归因于SIW (Substrate integrated waveguide，基片集成波导)腔的高品质因数，由于相对封闭的结构，在非辐射模式下引入非常小的辐射分量。测量结果表明，上述磁极子滤波天线不仅在带内保持高辐射特性，而且可以有效地减少带外的杂散信号泄漏。
本发明实施例提供的磁极子滤波天线，该磁极子滤波天线包括并列设置于同一基板上的驱动元件与寄生元件，其中，驱动元件与寄生元件相邻的两个边缘处于开路状态，且剩余的边缘均通过若干个通孔接地，以使磁极子滤波天线中的电磁能量从驱动元件耦合至寄生元件，并从处于开路状态的上述两个边缘辐射。相较于现有技术而言，本发明实施例通过引入强耦合的寄生元件，可以产生平坦的通带频率响应和陡峭的上边带滤波频率响应，将滤波功能和辐射功能集成在一起，可以使整个通信系统更加紧凑，从而提高了通信系统的整体性能。
进一步的，基于上述实施例，本发明实施例中，驱动元件10与寄生元件 20并列印制在基板上，该基板为单层基板。另外，可选的，基板的相对介电常数为2.65，厚度可以为1.6mm。
其中，驱动元件10与寄生元件20相邻的两个边缘之间的距离d处于预置的距离区间内，例如，优选为d＝1.7mm。具体的，驱动元件10与寄生元件20 相邻的两个边缘之间的距离与基板的厚度之差小于预设差值。
另外，上述基板的尺寸可以采用80mm×80mm；驱动元件10与寄生元件 20的尺寸可以采用32.6mm×12.6mm；通孔30的内径可以采用0.6mm；通孔与通孔之间的间距可以采用0.4mm。
进一步的，驱动元件10的两端与寄生元件20的两端可以相互对齐，具体如图1所示；或者，驱动元件10的两端与寄生元件20的两端可以错开，且错开距离L小于预设的错开阈值，具体如图4所示，图4为本发明实施例中磁极子滤波天线的另一结构示意图。
进一步的，本发明实施例还提供一种磁极子滤波天线阵列，参照图5，图5 为本发明实施例中磁极子滤波天线阵列的结构示意图，在图4中，磁极子滤波天线阵列包括预设数量个磁极子滤波天线，该磁极子滤波天线为本发明上述实施例所描述的磁极子滤波天线。
其中，上述预设数量个磁极子滤波天线并列设置于同一基板。
其中，上述各个磁极子滤波天线之间相邻的两个边缘可以共用若干个通孔接地。具体可参照图6，图6为本发明实施例中磁极子滤波天线阵列的另一结构示意图。
具体的，上述磁极子滤波天线阵列可以优选采用8个磁极子滤波天线，主瓣波束可在±70°范围内扫描。
其中，单一天线的方向性是有限的，为适合各种场合的应用，将工作在同一频率的两个或两个以上的单个天线，按照一定的要求进行馈电和空间排列构成天线阵列，也叫天线阵。天线阵的工作原理可以看成是电磁波(电磁场)的叠加，对几列电磁波来讲，当它们传到同一区域时，按照叠加原理，电磁波将产生矢量叠加。叠加结果不仅与各列电磁波的振幅大小有关，而且与它们在相遇区间内相互之间的相位差有关。由于位于不同位置上的发射天线所发出的电磁波传到同一接收区域造成的空间相位出现差别，必然引起几列电磁波在相遇区域形成同相位叠加、总场强增强，或反相位叠加、总场强削弱。具体可参见图7，图7为本发明实施例中磁极子滤波天线阵列的天线增益仿真示意图。
本发明实施例所提供的磁极子滤波天线阵列，包括预设数量个并列设置于同一基板的磁极子滤波天线，相较于现有技术而言，上述磁极子滤波天线阵列不仅具有宽角扫描的性能，而且还同时具备滤波特性，适用于广角覆盖和宽角扫描相控阵应用。
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其它实施例的相关描述。
以上为对本发明所提供的一种磁极子滤波天线与磁极子滤波天线阵列的描述，对于本领域的技术人员，依据本发明实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (6)

1.一种磁极子滤波天线阵列，其特征在于，所述磁极子滤波天线阵列包括预设数量个磁极子滤波天线，所述磁极子滤波天线包括驱动元件与寄生元件，所述驱动元件与所述寄生元件设置于同一基板；
所述驱动元件与所述寄生元件相邻的两个边缘处于开路状态，且剩余的边缘均通过若干个通孔接地，以使所述磁极子滤波天线中的电磁能量从所述驱动元件耦合至所述寄生元件，并从处于开路状态的所述两个边缘辐射；
所述预设数量个磁极子滤波天线并列设置于同一基板；所述各个磁极子滤波天线之间相邻的两个边缘共用若干个通孔接地。
2.如权利要求1所述的磁极子滤波天线阵列，其特征在于，所述驱动元件与所述寄生元件并列印制于所述基板上，所述基板为单层基板。
3.如权利要求1所述的磁极子滤波天线阵列，其特征在于，所述驱动元件与所述寄生元件相邻的两个边缘之间的距离与所述基板的厚度之差小于预设差值。
4.如权利要求1所述的磁极子滤波天线阵列，其特征在于，所述驱动元件的两端与所述寄生元件的两端相互对齐。
5.如权利要求1所述的磁极子滤波天线阵列，其特征在于，所述驱动元件的两端与所述寄生元件的两端错开，且错开距离小于预设的错开阈值。
6.如权利要求1所述的磁极子滤波天线阵列，其特征在于，所述预设数量为8个。
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