CN109687129A - 一种滤波天线阵列 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种滤波天线阵列，本发明每个滤波天线单元包括低频振子、高频振子和金属地板；低频振子、高频振子的底部均与金属地板电气相连，采用非金属附件垂直固定在金属地板上面，两个结构相同的高频振子设置在低频振子的两侧。具滤波特性的馈电结构位于低频振子上，也能位于高频振子上，当振子不具有滤波特性的馈电结构时，通过非滤波耦合枝节来替代。本发明具有滤波特性的天线在不增加整体尺寸的同时，不影响天线的工作频段及辐射方向图，又能减小天线之间的耦合，使得天线之间影响减小。在850MHz～1040MHz和1490MHz～2190MHz频段上回波损耗小于‑10dB，从而使得天线阵能工作在两个频段。

Description

一种滤波天线阵列
技术领域
本发明涉及一种天线阵列，尤其是具有一种滤波天线阵列。
背景技术
目前，多天线在无线通信系统中已经广泛使用。在移动通信系统中，由于通信频段较多，单个天线难以满足通信性能的要求。在实际中利用多个天线实现多频段的通信，可以很好的提高通信效率。然而，在多天线工作的情况下，特别是在天线的谐振长度成倍数关系时，由于天线之间的相互耦合，使得天线的性能严重下降，难以达到通信的要求。因此，需要对天线之间的耦合进行抑制，通常在天线上加载一些隔离枝节，或者在天线之后增加滤波器，能够较好的抑制天线之间的耦合。而在加载枝节和滤波器之后，整个天线系统的尺寸变大，影响通信系统的整体布局。
为了克服传统去除天线之间耦合方法所带来的增加结构的尺寸问题，本发明提供了一种结构简单，在不增加天线体积的同时，能够实现具有滤波特性的天线阵。具有滤波性能的天线阵列，广泛应用在移动通信、卫星通信、雷达等无线通信系统，特别适合于多天线通信中，天线单元间的相互影响较小严格要求的应用场合。
发明内容
本发明的目的就是提出一种滤波天线阵列。
本发明包括多个滤波天线单元，各个滤波天线单元之间通过馈电网络链接在一起。每个滤波天线单元包括低频振子、高频振子和金属地板；
所述的低频振子、高频振子的底部均与金属地板电气相连，采用非金属附件垂直固定在金属地板上面，两个结构相同的高频振子设置在低频振子的两侧。
所述的低频振子包括滤波馈电结构或非滤波耦合枝节、振子臂和低频振子介质基板，滤波馈电结构或非滤波耦合枝节印制在低频振子介质基板中部，振子臂有两个对称印制在滤波馈电结构或非滤波耦合枝节的两侧。
所述的高频振子包括金属臂、高频振子介质基板和滤波馈电结构或非滤波耦合枝节。滤波馈电结构或非滤波馈电结构印制在高频振子介质基板中部，金属臂有两个对称印制在滤波馈电结构或非滤波耦合枝节两侧。
在振子臂或的金属臂任意位置设置金属开槽，为单个连续开槽或者多个非连续开槽，开槽的位置和数目根据所需要的谐振频率进行调整。
所述的低频振子底部和高频振子底部均穿过在金属地板作为馈电连接结构；馈电连接结构为非滤波耦合枝节、滤波馈电结构、振子臂和金属臂的信号输入端，通过同轴电缆将信号由外部馈入到天线中。
所述的非滤波耦合枝节、滤波馈电结构位于馈电连接结构的信号输入端通过接头的内芯连接，振子臂、金属臂位于馈电连接结构的信号输入端通过接头的外壁连接。滤波馈电结构的枝节根据所需频率来进行调节。
所述的滤波馈电结构的形状随着振子臂的形状变化而变化。
所述的滤波馈电结构上的开路枝节数目大于2个，较窄的传输线位于开路枝节的中间。
所述的金属开槽设置在两个振子臂靠近巴伦的位置上。
所述的滤波馈电结构采用不同宽度的微带线构成，等效于不同的高低传输线电路，而对不同频率的电磁波有着不同的传输影响，从而形成具有滤波特性的传输特性。
所述的非滤波耦合枝节为规则的微带线结构。
所述的介质基板采用各种绝缘介质或空气介质，当介质为空气时，相当于没有基板。
所述的馈电连接结构采用50Ω的特性阻抗进行馈电。
所述的滤波特性的馈电结构位于低频振子上，也能位于高频振子上，当振子不具有滤波特性的馈电结构时，通过非滤波耦合枝节来替代。振子是否具有滤波特性的馈电结构，根据具体所需辐射的信号参数确定。
本发明具有滤波特性的天线在不增加整体尺寸的同时，不影响天线的工作频段及辐射方向图，又能减小天线之间的耦合，使得天线之间影响减小。在850MHz～1040MHz和1490MHz～2190MHz频段上回波损耗小于-10dB，从而使得天线阵能工作在两个频段。
附图说明
图1是本发明的滤波天线阵的总体结构示意图。
图2是本发明加有滤波特性的馈电结构的低频振子示意图。
图3是本发明没有加滤波特性馈电结构的高频振子示意图。
图4是图2中滤波馈电结构示意图。
图5是本发明实施例的回波损耗参数图。
图6是本发明实施例未加滤波特性馈电结构天线之间的隔离度参数图。
图7是本发明实施例加有滤波特性馈电结构之后的隔离度图。
具体实施方式
以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。
如图1所示，一种滤波天线阵列，包括多个滤波天线单元，各个滤波天线单元之间通过馈电网络链接在一起，馈电网络包括同轴电缆和接头。每个滤波天线单元包括低频振子1、高频振子2和金属地板3。低频振子1、高频振子2的底部均与金属地板3电气相连，采用非金属附件将他们垂直地固定在金属地板3上面，两个结构相同的高频振子2设置在低频振子1的两侧。
如图2所示，低频振子1包括金属开槽4、滤波馈电结构5、振子臂6和低频振子介质基板7，滤波馈电结构5印制在低频振子介质基板7中部，振子臂6有两个对称印制在滤波馈电结构5的两侧。滤波馈电结构5的形状随着振子臂6的形状变化而变化；同时，滤波馈电结构5上面的开路枝节数目一般要大于2个，较窄的传输线位于开路枝节的中间。金属开槽4根据实际需求选择开槽位置，且其开槽的数目也可以为一个或多个。金属臂上的开槽位置和数目，根据所需要的谐振频率进行调整。
如图3所示，高频振子2包括金属臂10、高频振子介质基板11和非滤波耦合枝节8。金属臂10、非滤波耦合枝节8设置在高频振子介质基板11上，非滤波耦合枝节8印制在高频振子介质基板11中部，金属臂10有两个对称设置在非滤波耦合枝节8两侧。
在本实施例中，在两个振子臂6靠近巴伦的位置上分别设置金属开槽4；而在其他不同场合，其开槽可以在振子臂或金属臂的任意位置，为单个连续开槽或者多个非连续开槽。
在本实施例中，低频振子1底部和高频振子2底部均穿过在金属地板3分别设置有馈电连接结构9，通过同轴电缆或者接头的内芯连接非滤波耦合枝节8、滤波馈电结构5，而同轴电缆或者接头的外壁则与振子臂6和高频振子金属臂10相连。信号通过同轴电缆或者接头由外部馈入到天线中。
图4是低频振子的滤波馈电结构示意图。它采用不同宽度的微带线构成，等效于不同的高低传输线电路，而对不同频率的电磁波有着不同的传输影响，从而形成具有滤波特性的传输特性。如图6、图7所示，在天线工作的情况下，滤波馈电结构5在完成该振子馈电的同时，能够虑除其他频段的天线对其的干扰，能够很好的保持本天线的性能。
本发明的滤波天线阵列中，介质基板可采用各种绝缘介质，也能够为空气介质。介质基板的厚度一般在0.3mm～5mm之间。
本实施中，馈电端口处采用50Ω的特性阻抗进行馈电。
金属地板3的尺寸为240mm×300mm×90mm，低频阵子1的介质基板7的尺寸为60mm×90mm×1mm。
如图5所示，其横坐标为频率(GHz),纵坐标为分贝值(dB)。可以看出本发明所述技术方案在850MHz～1040MHz和1490MHz～2190MHz频段上回波损耗小于-10dB，从而能够工作在两个频段。
如图6所示，850MHz～1040MHz的隔离度只有15dB，而在1490MHz～2190MHz的隔离度只有25dB。这说明低频振子1和高频振子2之间存在着较强的电磁耦合，可以对相互之间的辐射特性产生影响，使其辐射方向图产生变形，从而无法实现天线的覆盖范围与距离。
如图7所示，850MHz～1040MHz的隔离度达到了32dB,而在1490MHz～2190MHz的隔离度只有35dB。低频振子1和高频振子2之间的隔离度在低频段提高了17dB，而在高频段提高了10dB。他们之间的耦合为原来的1/50和1/10，大大减小了两个振子之间的相互影响。从而看出，在实现天线预期性能的同时，能够很好的抑制天线之间的互耦，提高天线之间的隔离度。在多频段天线的实际应用中，不同频段的天线振子之间的相互影响，一直是天线在实际使用中遇到的最主要问题。降低不同频段的天线振子之间的耦合，可以避免对振子的散射参数和辐射参数的影响。
本发明利用改变低频振子1的结构特性，实现天线振子之间隔离度的提高。首先在低频振子1的振子臂6上进行开槽，使得振子臂6在高频振子的工作频率内不再谐振。其次利用对馈电结构5的改变，使其具有低频的滤波特性，从而提高不同频段天线振子的隔离度。
采用的金属臂开槽可以增加金属臂的电感值，使得天线的谐振发生偏移，在天线阵列中可以减少单元之间的互耦；同时在天线单元的馈电结构设计时，把一个滤波器加入馈电结构中，能够在实现天线预期性能的同时，能够很好的抑制天线之间的互耦，提高天线之间的隔离度。
滤波特性的馈电结构是本质上是一个微带滤波器，在进行低频馈电的时候，滤波器直接加入其中，能够很好的抑制掉高频阵子对低频阵子的影响，从而可以达到各频段的天线都能很好的实现本身的工作性能。
将滤波特性与馈电结构相结合，减小天线阵的整体尺寸，减少天线阵所占空间。滤波天线阵列可以使用在多系统的无线通信系统之中，可以以此为基础，对相应的具体阵列形式进行扩展，也可以与其他有源设备集成到一起，以及适用其他类似场合。本发明的天线结构简单，易加工，且性能稳定，利于批量生产。
上述所述的滤波天线阵，仅作为较佳的例子给出而已，并不用于限制本发明，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 (10)

1.一种滤波天线阵列，包括多个滤波天线单元，各个滤波天线单元之间通过馈电网络链接；每个滤波天线单元包括低频振子、高频振子和金属地板；其特征在于：
所述的低频振子、高频振子的底部均与金属地板电气相连，采用非金属附件垂直固定在金属地板上面，两个结构相同的高频振子设置在低频振子的两侧。
所述的低频振子包括滤波馈电结构或非滤波耦合枝节、振子臂和低频振子介质基板，滤波馈电结构或非滤波耦合枝节印制在低频振子介质基板中部，振子臂有两个对称印制在滤波馈电结构或非滤波耦合枝节的两侧。
所述的高频振子包括金属臂、高频振子介质基板和滤波馈电结构或非滤波耦合枝节。滤波馈电结构或非滤波馈电结构印制在高频振子介质基板中部，金属臂有两个对称印制在滤波馈电结构或非滤波耦合枝节两侧。
在振子臂或的金属臂任意位置设置金属开槽，为单个连续开槽或者多个非连续开槽，开槽的位置和数目根据所需要的谐振频率进行调整。
所述的低频振子底部和高频振子底部均穿过在金属地板作为馈电连接结构；馈电连接结构为非滤波耦合枝节、滤波馈电结构、振子臂和金属臂的信号输入端，通过同轴电缆或接头将信号由外部馈入到天线中。
2.如权利要求1所述的一种滤波天线阵列，其特征在于：所述的非滤波耦合枝节、滤波馈电结构位于馈电连接结构的信号输入端通过同轴电缆连接；振子臂、金属臂位于馈电连接结构的信号输入端通过另一同轴电缆连接。
3.如权利要求1所述的一种滤波天线阵列，其特征在于：所述的非滤波耦合枝节、滤波馈电结构位于馈电连接结构的信号输入端通过接头的内芯连接，振子臂、金属臂位于馈电连接结构的信号输入端通过接头的外壁连接。
4.如权利要求1所述的一种滤波天线阵列，其特征在于：所述的滤波馈电结构的形状随着振子臂的形状变化而变化。
5.如权利要求1所述的一种滤波天线阵列，其特征在于：所述的滤波馈电结构上的开路枝节数目大于2个，较窄的传输线位于开路枝节的中间。
6.如权利要求1所述的一种滤波天线阵列，其特征在于：所述的金属开槽设置在两个振子臂靠近巴伦的位置上。
7.如权利要求1所述的一种滤波天线阵列，其特征在于：所述的滤波馈电结构采用不同宽度的微带线构成，等效于不同的高低传输线电路，而对不同频率的电磁波有着不同的传输影响，从而形成具有滤波特性的传输特性。
8.如权利要求1所述的一种滤波天线阵列，其特征在于：所述的非滤波耦合枝节为规则的微带线结构。
9.如权利要求1所述的一种滤波天线阵列，其特征在于：所述的介质基板采用各种绝缘介质或空气介质，当介质为空气时，相当于没有基板。
10.如权利要求1所述的一种滤波天线阵列，其特征在于：所述的馈电连接结构采用50Ω的特性阻抗进行馈电。
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