CN110336130B - 一种偶极子滤波天线和电子设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种偶极子滤波天线，包括介质基板，设置于所述介质基板第一表面的输入端口馈线和偶极子天线单元，所述输入端口馈线与馈源连接；所述介质基板第二表面上设置有金属地，所述金属地上设置有耦合槽线，本发明还公开了一种电子设备。本发明基于输入端口馈线与耦合槽线的偶极子滤波天线，通过输入端口馈线与耦合槽线之间的宽边耦合为偶极子天线提供了差分馈电，实现了巴伦滤波器与偶极子天线的一体化设计，结构简单又具备较高的天线增益。

Description

一种偶极子滤波天线和电子设备

技术领域

本发明涉及天线技术领域，尤其涉及一种偶极子滤波天线和一种电子设备。

背景技术

随着无线通信技术的发展，射频系统正向着小型化、集成化、多功能等方向发展。滤波天线作为天线和滤波器两种重要元器件的集成，其不仅可以减小系统的尺寸，而且能在实现良好辐射特性的基础上提高工作频带的选择性与带外抑制能力。

在天线中级联滤波器，通常会选择在馈线上加载滤波器。这种做法一般会增大天线的尺寸，并且增加馈电损耗。由于天线不仅可以充当辐射单元，而且也可以充当整个谐振网络的最后一阶，因此可以将天线设计为同时具有滤波和辐射的功能。现有设计中有将滤波器与天线相结合的结构，虽然一定程度上满足了了滤波特性，但是在滤波器网络中引入了额外的插入损耗，导致天线的带内增益性能较差。

因此，现有技术中的滤波器天线无法兼顾结构简单和较高的天线增益，不利于在现代无线通信系统的推广应用。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种偶极子滤波天线和电子设备，旨在解决现有技术中的滤波器天线无法兼顾结构简单和较高的天线增益的问题。

为实现上述目的，本发明提供一种偶极子滤波天线，所述偶极子滤波天线包括：

所述偶极子滤波天线包括介质基板，设置于所述介质基板第一表面的输入端口馈线和偶极子天线单元，所述输入端口馈线和所述偶极子天线单元间隔设置，所述输入端口馈线与馈源连接；

所述介质基板第二表面上设置有金属地，所述金属地上设置有耦合槽线。

可选地，所述偶极子天线单元包括相对设置的第一偶极子臂和第二偶极子臂；

所述第一偶极子臂包括依次垂直连接的的第一辐射臂、第一传输线和第一枝节，所述第二偶极子臂包括依次垂直连接的的第二辐射臂、第二传输线和第二枝节；

所述第一传输线与所述第二传输线相互平行间隔设置，所述第一辐射臂和所述第一枝节均自第一传输线向远离所述第二传输线的方向垂直延伸，所述第二辐射臂和所述第二枝节均自所述第二传输线向远离所述第一传输线的方向垂直延伸。

可选地，所述第一辐射臂和所述第二辐射臂在所述第二表面上的投影与所述金属地板错位设置。

可选地，所述耦合槽线包括相对设置的第一耦合槽线和第二耦合槽线；

所述第一耦合槽线包括依次垂直连接的第一槽线段、第二槽线段和第三槽线段，所述第二耦合槽线包括依次垂直连接的第四槽线段、第五槽线段和第六槽线段；

所述第二槽线段与所述第五槽线段相互平行间隔设置，所述第一槽线段和所述第三槽线段均自所述第二槽线段向远离所述第五槽线段的方向垂直延伸，所述第四槽线段和所述第六槽线段均自所述第五槽线段向远离所述第二槽线段的方向垂直延伸。

可选地，所述第一辐射臂与所述第二辐射臂共线，所述第一槽线段与所述第四槽线段共线、所述第三槽线段和所述第六槽线段共线，所述第一辐射臂、所述第一槽线段以及所述输入端口馈线三者互相平行。

可选地，所述输入端口馈线包括第一馈线段和与所述第一馈线段连接的第二馈线段，所述第一馈线段的宽度大于所述第二馈线段，所述第一馈线段连接所述馈源。

可选地，所述第二馈线段的长度为所述偶极子滤波天线的中心频率对应的波长的一半。

可选地，所述偶极子天线单元和所述耦合槽线均关于所述介质基板的中轴线对称。

可选地，自所述第一辐射臂和所述第二辐射臂的末端分别延伸有末端枝节；

和/或自所述第一槽线段和所述第四槽线段的末端分别延伸有末端槽线。

此外，为实现上述目的，本发明还提供一种电子设备，所述电子设备包括如上所述的偶极子滤波天线。

本发明提供的一种偶极子滤波天线和电子设备，基于输入端口馈线与耦合槽线的偶极子滤波天线，通过输入端口馈线与耦合槽线之间的宽边耦合为偶极子天线提供了差分馈电，实现了巴伦滤波器与偶极子天线的一体化设计，结构简单又具备较高的天线增益。

附图说明

图1为本发明偶极子滤波天线的立体图；

图2为图1所示的偶极子滤波天线第一表面的正视图；

图3为图1所示的偶极子滤波天线的第二表面的正视图；

图4为本发明包含枝节的偶极子滤波天线的第一表面的正视图；

图5为本发明包含枝节的偶极子滤波天线的第二表面的正视图；

图6为图1所示的偶极子滤波天线的反射系数和增益图；

图7为图1所示的偶极子滤波天线在3.9GHz的辐射方向图；

图8为图1所示的偶极子滤波天线在4.26GHz的辐射方向图。

附图标号说明：

具体实施方式

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的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本发明中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

参照图1，图1为本发明提供的一种偶极子滤波天线的结构示意图，其中，所述偶极子滤波天线1包括：

介质基板10，铺设于所述介质基板10一面的输入端口馈线20和偶极子天线单元30，所述输入端口馈线20与馈源连接；所述介质基板10另一面上铺设有金属地40，所述金属地40上刻有耦合槽线50，所述金属地40的投影与所述偶极子天线单元30的投影相分离。

介质基板10，设置于所述介质基板10第一表面的输入端口馈线20和偶极子天线单元30，所述输入端口馈线20和所述偶极子天线单元30间隔设置，所述输入端口馈线20与馈源连接；

所述介质基板10第二表面上设置有金属地40，所述金属地40上设置有耦合槽线50。

如图2所示，在一实施例中，所述偶极子天线单元30包括相对设置的第一偶极子臂31和第二偶极子臂32；所述第一偶极子臂31包括依次垂直连接的的第一辐射臂311、第一传输线312和第一枝节313，所述第二偶极子臂32包括依次垂直连接的的第二辐射臂321、第二传输线322和第二枝节323；所述第一传输线312与所述第二传输线322相互平行间隔设置，所述第一辐射臂311和所述第一枝节313均自定义传输线312向远离所述第二传输线322的方向垂直延伸，所述第二辐射臂321和所述第二枝节323均自所述第二传输线322向远离所述第一传输线312的方向垂直延伸。

需要说明的是，为了保证第一辐射臂311和第二辐射臂321的天线辐射效果，所述第一辐射臂311和所述第二辐射臂321在所述第二表面上的投影与所述金属地板40错位设置，即金属地的投影不能与第一辐射臂和第二辐射臂的投影有任何的重叠。

进一步的，为了获得对偶极子天线单元较好的滤波效果，如图3所示，所述耦合槽线50包括相对设置的第一耦合槽线51和第二耦合槽线52；所述第一耦合槽线51包括依次垂直连接的的第一槽线段511、第二槽线段512和第三槽线段513，所述第二耦合槽线52包括依次垂直连接的的第四槽线段521、第五槽线段522和第六槽线段523；所述第二槽线段512与所述第五槽线段522相互平行间隔设置，所述第一槽线段511和所述第三槽线段513均远离所述第五槽线段522垂直延伸，所述第四槽线段521和所述第六槽线段523均远离所述第二槽线段512垂直延伸。

此时耦合槽线50和第一传输线312、第一枝节313、第二传输线以及第二枝节323形成了巴伦滤波器，巴伦滤波器一方面可以解决偶极子天线单元馈电不平衡的问题，另一方面具有滤波效果,对其它频段的电磁波具有较好的抗干扰能力，因此本实施例基于输入端口馈线与耦合槽线的偶极子滤波天线，通过输入端口馈线与耦合槽线之间的宽边耦合为偶极子天线提供了差分馈电，实现了巴伦滤波器与偶极子天线的一体化设计，结构简单又具备较高的天线增益。

更进一步地，为了使偶极子滤波天线具有对称的辐射方向图，可设置所述第一辐射臂与所述第二辐射臂共线，所述第一槽线段与所述第四槽线段共线、所述第三槽线段和所述第六槽线段共线，所述第一辐射臂、所述第一槽线段以及所述输入端口馈线三者互相平行。

类似地，为了使偶极子滤波天线具有对称的辐射方向图，所述偶极子天线单元和所述耦合槽线均关于所述介质基板的中轴线对称。

可选地，所述输入端口馈线包括第一馈线段和与所述第一馈线段连接的第二馈线段，所述第一馈线段的宽度大于所述第二馈线段，所述第一馈线段连接所述馈源。其中，第一传输线可为50欧姆微带线。

可选地，所述第二馈线段的长度为所述偶极子滤波天线的中心频率对应的波长的一半。第二馈线段将金属地上的整个耦合槽线从中间一分为二，在金属地上开槽的末端可视为槽线的短路连接，其等效电路可视为1/4波长短路枝节,使该开槽的部分结合起来形成带通滤波器，以实现偶极子的滤波功能。

如图4、5所示，在另一实施例中，根据介质板不同的尺寸和布局需要，自所述第一辐射臂和所述第二辐射臂的末端分别延伸有末端枝节，该枝节对偶极子滤波天线的辐射效果无影响，和/或自所述第一槽线段和所述第四槽线段的末端分别延伸有末端槽线，该枝节对偶极子滤波天线的辐射效果无影响。

需要说明的是，本发明的偶极子滤波天线中，耦合槽线的长度和宽度决定了巴伦滤波部分的谐振频率，第一辐射臂和第二辐射臂的长度和宽度决定了偶极子滤波天线的谐振频率；第二馈线段与耦合槽线的距离决定了第二馈线段与耦合槽线之间的耦合强弱，间距越小耦合强度越大；耦合槽线与偶极子天线单元之间的距离决定了耦合槽线与偶极子天线单元之间的耦合强弱，间距越小耦合强度越大。

在本实施例中，所采用的介质基板的相对介电常数为3.55，厚度为0.508mm，损耗角正切为0.0027。结合图2、图3，得到滤波天线的各尺寸优化参数如下：W1＝41mm，W2＝1.1mm，W3＝0.7mm，W4＝2mm，W5＝2.3mm，W6＝0.7mm，W7＝0.6mm，W8＝0.1mm，W9＝0.5mm，L1＝34mm，L2＝5.5mm，L3＝30mm，L4＝13.5mm，L5＝8mm，L6＝5.7mm，L7＝11.9mm，L8＝3.3mm，L9＝11.9mm，L10＝18mm，d1＝2mm，d2＝3.75mm，s1＝1.2mm，s2＝1mm。滤波天线的总面积为34×41mm2，对应的导波长尺寸为0.87λg×1.05λg，其中λg为通带中心频率对应的导波波长。

图6是为本实施例中偶极子滤波天线的反射系数和增益图。从图中可以看出，该滤波天线的工作频率为4.1GHz，相对带宽为12.5％(反射系数小于-10dB)。天线的带内增益约为5dBi，在3.25GHz和4.75GHz分别产生了一个增益零点。

图7是本实例中偶极子滤波天线在3.9GHz的辐射方向图，图8是本实例中偶极子滤波天线在4.26GHz的辐射方向图。两张图在E面和H面几乎保持一致，表明本实例中的滤波天线在工作频带内具有稳定的辐射性能。

因此，本发明在制造上通过印制电路板制造工艺对介质基板正面及背面的金属面进行加工腐蚀，从而形成所需的金属图案，结构简单，可在单片PCB板上实现，便于加工集成，生产成本低。由于本发明的选择性好、插入损耗小，同时具有较高的增益，适用于现代无线通信系统。

此外，本发明还提供一种控电子设备，所述电子设备包括如上所述的偶极子滤波天线。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种偶极子滤波天线，其特征在于，所述偶极子滤波天线包括介质基板，设置于所述介质基板第一表面的输入端口馈线和偶极子天线单元，所述输入端口馈线和所述偶极子天线单元间隔设置，所述输入端口馈线与馈源连接；所述偶极子天线单元包括相对设置的第一偶极子臂和第二偶极子臂；所述第一偶极子臂包括依次垂直连接的第一辐射臂、第一传输线和第一枝节，所述第二偶极子臂包括依次垂直连接的第二辐射臂、第二传输线和第二枝节；所述第一传输线与所述第二传输线相互平行间隔设置，所述第一辐射臂和所述第一枝节均自第一传输线向远离所述第二传输线的方向垂直延伸，所述第二辐射臂和所述第二枝节均自所述第二传输线向远离所述第一传输线的方向垂直延伸；

所述介质基板第二表面上设置有金属地，所述金属地上设置有耦合槽线，所述耦合槽线与所述输入端口馈线宽边耦合，所述耦合槽线包括相对设置的第一耦合槽线和第二耦合槽线；所述第一耦合槽线包括依次垂直连接的第一槽线段、第二槽线段和第三槽线段，所述第二耦合槽线包括依次垂直连接的第四槽线段、第五槽线段和第六槽线段；所述第二槽线段与所述第五槽线段相互平行间隔设置，所述第一槽线段和所述第三槽线段均自所述第二槽线段向远离所述第五槽线段的方向垂直延伸，所述第四槽线段和所述第六槽线段均自所述第五槽线段向远离所述第二槽线段的方向垂直延伸；所述耦合槽线和所述第一传输线、所述第一枝节、所述第二传输线以及所述第二枝节形成了巴伦滤波器，所述输入端口馈线通过所述巴伦滤波器向所述偶极子天线单元进行差分馈电。

2.如权利要求1所述的偶极子滤波天线，所述第一辐射臂和所述第二辐射臂在所述第二表面上的投影与所述金属地错位设置。

3.如权利要求1所述的偶极子滤波天线，其特征在于，所述第一辐射臂与所述第二辐射臂共线，所述第一槽线段与所述第四槽线段共线、所述第三槽线段和所述第六槽线段共线，所述第一辐射臂、所述第一槽线段以及所述输入端口馈线三者互相平行。

4.如权利要求1所述的偶极子滤波天线，其特征在于，所述输入端口馈线包括第一馈线段和与所述第一馈线段连接的第二馈线段，所述第一馈线段的宽度大于所述第二馈线段，所述第一馈线段连接所述馈源。

5.如权利要求4所述的偶极子滤波天线，其特征在于，所述第二馈线段的长度为所述偶极子滤波天线的中心频率对应的波长的一半。

6.如权利要求1至5任一项所述的偶极子滤波天线，其特征在于，所述偶极子天线单元和所述耦合槽线均关于所述介质基板的中轴线对称。

7.如权利要求1至5任一项所述的偶极子滤波天线，其特征在于，自所述第一辐射臂和所述第二辐射臂的末端分别延伸有末端枝节；

和/或自所述第一槽线段和所述第四槽线段的末端分别延伸有末端槽线。

8.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括如权利要求1至7任一项所述的偶极子滤波天线。

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