CN110048218A - 一种具有谐波抑制功能的微带天线 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有谐波抑制功能的微带天线，包括介质基板和天线单元，所述天线单元包括天线贴片和微带馈线，所述天线贴片粘贴固定在介质基板上；所述微带馈线与天线贴片一侧的中部相连，在微带馈线上，沿其长度方向分布有两个U型孔：第一U型孔和第二U型孔，其中，第一U型孔的长度小于第二U型孔长度，且两个U型孔的开口方向均朝向天线贴片方向。本发明能够有效抑制二次谐波和三次谐波，从而大大提高微带天线的辐射效率。

Description

一种具有谐波抑制功能的微带天线
技术领域
本发明涉及天线技术领域，尤其涉及一种具有谐波抑制功能的微带天线。
背景技术
集成有源天线是将有源器件与天线相结合，有源天线可以极大减小天线馈线的损耗，特别是天线工作在高频时，并且有源天线可以降低射频组件的功耗、尺寸和重量。有源天线被广泛的使用在雷达和现代无线通信领域。
由于有源集成天线内部有有源器件，这些有源器件会带来谐波辐射和电磁干扰。这种谐波辐射会降低功率放大器的效率。通过在无源天线与有源的电路之间嵌入一个带阻滤波器的方式解决这个问题。因此谐波抑制天线是同时集成天线的辐射功能和滤波器的滤波功能，它能够有效的解决有源天线系统中谐波辐射。在不同的文献中有提到各种解决有源天线的谐波辐射的方式，将缺陷地结构(defect ground structure)放置在微带馈线与槽型天线之间的耦合位置以降低高阶谐振模式；为了降低谐波辐射，通过使用导线枝节加载在微带缝隙天线的地面上；将H型的缺陷地结构加载在紧凑型共面波导馈电的槽型偶极子天线上降低该天线的高次谐波辐射；通过使用一个横向的槽线正交的放置在天线的馈线下方，并且微带馈线向环形槽线方向延伸的方式，降低天线的谐波。
但是，目前的微带天线结构大多只能对一次谐波进行抑制，但是对二次谐波和三次谐波却不能进行有效地抑制，从而无法有效提高微带天线的辐射效率。
发明内容
针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的在于解决现有微带天线无法有效抑制二次谐波和三次谐波的问题，提供一种具有谐波抑制功能的微带天线，能够有效抑制二次谐波和三次谐波，从而大大提高微带天线的辐射效率。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是这样的：一种具有谐波抑制功能的微带天线，其特征在于：包括介质基板和天线单元，所述天线单元包括天线贴片和微带馈线，所述天线贴片呈矩形结构，并粘贴固定在介质基板上；所述微带馈线与天线贴片一侧的中部相连，在微带馈线上，沿其长度方向分布有两个U型孔：第一U型孔和第二U型孔，其中，第一U型孔的长度小于第二U型孔长度，且两个U型孔的开口方向均朝向天线贴片方向。
进一步地，在天线贴片靠近其与微带馈线的连接处，对应微带馈线两侧的位置分别开设有一槽型缺口。
进一步地，所述第一U型孔位于天线贴片与第二U型孔之间，且第一U型孔的宽度与第二U型孔宽度一致。
进一步地，所述第一U型孔的长度和第二U型孔的长度为：
L＝λg\4，其中，
式中：λg为工作波长，c为光速，εγε为基板的相对介电常数，f是工作频率。
进一步地，第一U型孔与天线贴片的间距以及第一U型孔和第二U型孔之间的其余参数由设定的指标根据仿真进行计算得到。
进一步地，所述天线贴片与微带馈线成型为一体。
进一步地，所述介质基板由FR-4等级材料制成，其介电常数为4.4，基板厚度为1.6mm，正切损耗角为0.02。
进一步地，所述天线贴片的尺寸小于介质基板的尺寸，微带馈线的长度为天线工作频率下波长的四分之一。
进一步地，所述介质基板的尺寸为60mm×60mm，天线贴片的尺寸为20mm×20mm。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：本发明在微带馈线上成型一长一短两个U型孔，从而形成一长一短两个U型缺陷结构；通过长的U型缺陷结构对二次谐波进行抑制，通过短的U型缺陷结构对三次谐波进行抑制，从而能够很好的抑制微带天线的二次谐波和三次谐波，进而大大提高微带天线的辐射效率；本发明能够很好的使用在有源天线，并能够完成高的辐射效率。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为加载双U型缺孔天线和现有天线的S11参数曲线。
图3加载长U型缺孔天线和现有天线的S11参数曲线。
图4加载短U型缺孔天线和现有天线的S11参数曲线。
图中：1—天线贴片，2—微带馈线，3—第一U型孔，4—第二U型孔，5—槽型缺口。
具体实施方式
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明。
实施例：参见图1，一种具有谐波抑制功能的微带天线，包括介质基板和天线单元。所述天线单元包括天线贴片1和微带馈线2，所述天线贴片1呈矩形结构，并粘贴固定在介质基板上。所述微带馈线2与天线贴片1一侧的中部相连，在天线贴片1靠近其与微带馈线2的连接处，对应微带馈线2两侧的位置分别开设有一槽型缺口5；这样能够在工作频段获得更好地匹配。为提高微带天线的稳定性，所述天线贴片1与微带馈线2成型为一体。
在微带馈线2上，沿其长度方向分布有两个U型孔：第一U型孔3和第二U型孔4，其中，第一U型孔3的长度小于第二U型孔4长度，且两个U型孔的开口方向均朝向天线贴片1方向。这样，在微带馈线2上成型一长一短两个U型孔，从而形成一长一短两个U型缺陷结构；通过长的U型缺陷结构对二次谐波进行抑制，通过短的U型缺陷结构对三次谐波进行抑制，从而能够很好的抑制微带天线的二次谐波和三次谐波，进而大大提高微带天线的辐射效率。其中，所述第一U型孔3的长度和第二U型孔4的长度为：
L＝λg\4，其中，
式中：λg为工作波长，c为光速，εγε为基板的相对介电常数，f是工作频率。
所述第一U型孔3的长度和第二U型孔4的其余参数，根据设计指标要求，在电磁仿真软件HFSS里面建立一个微带天线的模型，通过仿真，当指标符合要求时第一U型孔3和第二U型孔4的参数则确定为第一U型孔3和第二U型孔4的最终参数。
实际制作时，所述第一U型孔3位于天线贴片1与第二U型孔4之间，第一U型孔3的宽度与第二U型孔4宽度一致。第一U型孔3和第二U型孔4具体参数(即第一U型孔3与天线贴片1的间距以及第一U型孔3和第二U型孔4之间的间距及位置)，由设定的指标根据仿真进行计算得到；从而能够精准地确定第一U型孔3和第二U型孔4的位置，从而更好地抑制二次谐波和三次谐波。
本方案中，首先，一个长的U型缺陷结构被刻蚀在微带天线的馈线上，如图3所示，一个长的U型缺陷(DMS)结构被刻蚀在微带天线和未加载U型缺陷(DMS)结构的微带天线的馈线上的S参数曲线，可以看出长的U型缺陷结构对基波频率和三次谐波频率没有影响，仅仅只是对二次谐波频率进行一定的抑制，此时的长的U型缺陷结构的尺寸为14mm，其长度约等于二次谐波波长的1/4，这个长的U型缺陷结构刻蚀在微带馈线2上可以等效为一个串联电感和一个并联分布式短路传输线。其次，如图4所示，一个短的U型缺陷(DMS)结构刻蚀在微带天线的微带馈线2上的微带天线和未加载U型缺陷(DMS)结构的微带天线的S参数曲线，可以看出加载短的U型缺陷结构之后，微带天线的基波频率和二次谐波频率基本没有收到影响，而三次谐波有明显的改善，这说明短U型缺陷结构对三次谐波具有良好的抑制，但是不影响天线的基波工作。
作为一种实施方式，所述介质基板的尺寸为60mm×60mm，所述介质基板由FR-4等级材料制成，其介电常数为4.4，基板厚度为1.6mm，正切损耗角为0.02；优化该天线的结构参数，具体如下表：
参数 值(mm) 参数 值(mm) 参数 值(mm)
L’ 20 W’ 20 L<sub>1</sub> 6.4
L<sub>2</sub> 20 L<sub>3</sub> 3.5 L<sub>4</sub> 4.5
L<sub>5</sub> 6.5 L<sub>6</sub> 1 W<sub>1</sub> 2
W<sub>2</sub> 6.5 W<sub>3</sub> 3
使得天线工作在3.5GHz，通过电磁仿真软件获得该天线的S参数曲线如图2所示，由图可知该天线的工作频率为3.5GHz，没有加载U型缺陷结构的天线，其二次谐波6.4GHz的回波损耗为10dB，三次谐波8.8GHz的回波损耗为30dB。为了减小二次谐波和三次谐波的辐射，将两个U型的缺陷结构加载在该天线的微带馈线2处，两个U型微带缺陷结构的参数由仿真结果确定，即当仿真结果满足设计指标时，该状态下的U型缺陷结构即为最终确定的U型微带缺陷结构。加载两个U型结构之后的天线S参数曲线和没有加载U型结构的S参数曲线，可以看出加载大小不同的两个U型缺陷结构之后，微带天线的基波频率没有受到该结构的影响，但是该微带天线的二次谐波和三次谐波分别都抑制到-4dB和-8dB，二次谐波和三次谐波的回波损耗均大于-10dB。
最后需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，那些对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (9)

1.一种具有谐波抑制功能的微带天线，其特征在于：包括介质基板和天线单元，所述天线单元包括天线贴片和微带馈线，所述天线贴片呈矩形结构，并粘贴固定在介质基板上；所述微带馈线与天线贴片一侧的中部相连，在微带馈线上，沿其长度方向分布有两个U型孔：第一U型孔和第二U型孔，其中，第一U型孔的长度小于第二U型孔长度，且两个U型孔的开口方向均朝向天线贴片方向。
2.根据权利要求1所述的一种具有谐波抑制功能的微带天线，其特征在于：在天线贴片靠近其与微带馈线的连接处，对应微带馈线两侧的位置分别开设有一槽型缺口。
3.根据权利要求1所述的一种具有谐波抑制功能的微带天线，其特征在于：所述第一U型孔位于天线贴片与第二U型孔之间，且第一U型孔的宽度与第二U型孔宽度一致。
4.根据权利要求3所述的一种具有谐波抑制功能的微带天线，其特征在于：所述第一U型孔的长度和第二U型孔的长度为：
L＝λg\4，其中，
式中：λg为工作波长，c为光速，εγε为基板的相对介电常数，f是工作频率。
5.根据权利要求1所述的一种具有谐波抑制功能的微带天线，其特征在于：第一U型孔与天线贴片的间距以及第一U型孔和第二U型孔之间的其余参数由设定的指标根据仿真进行计算得到。
6.根据权利要求1所述的一种具有谐波抑制功能的微带天线，其特征在于：所述天线贴片与微带馈线成型为一体。
7.根据权利要求1所述的一种具有谐波抑制功能的微带天线，其特征在于：所述介质基板由FR-4等级材料制成，其介电常数为4.4，基板厚度为1.6mm，正切损耗角为0.02。
8.根据权利要求1所述的一种具有谐波抑制功能的微带天线，其特征在于：所述天线贴片的尺寸小于介质基板的尺寸，微带馈线的长度为天线工作频率下波长的四分之一。
9.根据权利要求8所述的一种具有谐波抑制功能的微带天线，其特征在于：所述介质基板的尺寸为60mm×60mm，天线贴片的尺寸为20mm×20mm。
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