CN110401021B - 一种介质谐振器滤波天线 - Google Patents

一种介质谐振器滤波天线 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种介质谐振器滤波天线，包括介质谐振器、接地板以及介质基板，介质谐振器的下表面与接地板的上表面相接触；接地板的下表面与介质基板的上表面相接触；在接地板的上表面上设置耦合槽线；耦合槽线与介质谐振器的下表面相接触；在介质基板的下表面设置馈电微带线、第一加载微带线组和第二加载微带线组；第一加载微带线组和第二加载微带线组均以馈电微带线为对称轴对称设置，且第一加载微带线组的枝节长度与第二加载微带线组的枝节长度不相等；通过调节第一加载微带线组的枝节长度和第二加载微带线组的枝节长度，控制天线辐射零点产生频率的位置。本发明提供的介质谐振器滤波天线通过嵌入滤波器的方式降低传输损耗，提高天线滤波效果。

Description

一种介质谐振器滤波天线
技术领域
本发明涉及无线移动通信领域，特别是涉及一种介质谐振器滤波天线。
背景技术
在无线通信系统中天线和滤波器常被当作两个独立的单元分别进行设计，之后再用额外的传输线将这两个单元连接起来。引入额外的传输线后，不仅系统的尺寸会增加，同时系统的传输损耗以及滤波性能都会下降。
针对上述问题，最近几年人们提出了将滤波器和天线进行联合设计的方法。最简单的方法是将滤波电路和天线直接连接起来，该方法与传统的方法相比，其优势在于两个电路单元的接口不需要设计成标准的50Ω，从而将会改善系统的传输损耗和滤波特性。该方法最常见的实现形式是将谐振式天线作为滤波器的最后一阶谐振器和滤波电路一起进行综合设计，虽然综合设计方法能够在一定的程度上改善系统的性能，但是，滤波电路的引入，会干扰天线能量辐射，增加天线的传输损耗，降低了天线的增益，进而实现不了良好的滤波效果。
发明内容
本发明的目的是提供一种介质谐振器滤波天线，以解决滤波电路的引入会干扰天线能量辐射，增加天线的传输损耗，导致天线滤波效果降低的问题。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种介质谐振器滤波天线，包括介质谐振器、接地板以及介质基板，所述介质谐振器的下表面与所述接地板的上表面相接触；所述接地板的下表面与所述介质基板的上表面相接触；在所述接地板的上表面上设置耦合槽线；所述耦合槽线与所述介质谐振器的下表面相接触；在所述介质基板的下表面设置馈电微带线、第一加载微带线组和第二加载微带线组；
所述第一加载微带线组以所述馈电微带线为对称轴对称设置；所述第二加载微带线组以所述馈电微带线为对称轴对称设置；所述第一加载微带线组的枝节长度与所述第二加载微带线组的枝节长度不相等；
通过调节所述第一加载微带线组的枝节长度和所述第二加载微带线组的枝节长度，控制天线辐射零点产生频率的位置；所述天线辐射零点包括天线高频阻带辐射零点以及天线低频阻带辐射零点。
可选的，所述馈电微带线、所述第一加载微带线组和所述第二加载微带线组均与所述耦合槽线呈相同夹角。
可选的，所述夹角的角度为90°。
可选的，所述第一加载微带线组中的加载微带线的数量与所述第二加载微带线组中的加载微带线的数量相等；
所述第一加载微带线组中的加载微带线的数量为大于零的偶数；
所述第二加载微带线组中的加载微带线的数量为大于零的偶数。
可选的，所述第一加载微带线组的枝节长度小于所述第二加载微带线组的枝节长度；
调节所述第一加载微带线组的枝节长度控制天线高频阻带辐射零点产生频率的位置；
调节所述第二加载微带线组的枝节长度控制天线低频阻带辐射零点产生频率的位置。
可选的，所述第一加载微带线组设置在所述第二加载微带线组之间。
可选的，所述介质谐振器的形状为矩形、圆柱形或半球形。
可选的，所述介质谐振器为陶瓷介质谐振器或复合材料介质谐振器。
可选的，所述介质谐振器滤波天线采用微带-槽线耦合馈电方式进行能量传输。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明提供一种介质谐振器滤波天线，通过设置枝节长度不同的第一加载微带线组和第二加载微带线组，控制高频阻带和低频阻带产生辐射零点的位置，提高天线能量辐射的集中性，进而降低了滤波对天线能量辐射的干扰，提高了滤波效果，实现了类椭圆的滤波辐射响应。
附图说明
为了更清楚地说明本发明提供实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明所提供的介质谐振器滤波天线结构示意图；
图2是本发明所提供的介质谐振器滤波天线的主视图；
图3是本发明所提供的介质谐振器滤波天线的左视图；
图4是本发明所提供的介质谐振器滤波天线的俯视图；
图5是本发明所提供的介质谐振器滤波天线中介质基板上表面的俯视图；
图6是本发明所提供的介质谐振器滤波天线的S11增益仿真曲线图；
图7是本发明所提供的介质谐振器滤波天线在3.5GHz时，xoz面的辐射方向图；
图8是本发明所提供的介质谐振器滤波天线在3.5GHz时，yoz面的辐射方向图。
附图标记：1-介质谐振器，2-耦合槽线，3-接地板，4-介质基板，5-馈电微带线，6-第一加载微带线组，7-第二加载微带线组。
具体实施方式
下面将结合本发明提供实施例中的附图，对本发明提供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。
本发明的目的是提供一种介质谐振器滤波天线，能够在不增加传输损耗的基础上，提高天线的滤波效果。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明所提供的介质谐振器滤波天线结构示意图，如图1所示，本发明提供的一种介质谐振器滤波天线，包括介质谐振器1、接地板3以及介质基板4，所述介质谐振器1的下表面与所述接地板3的上表面相接触；所述接地板3的下表面与所述介质基板4的上表面相接触；在所述接地板3的上表面上设置耦合槽线2；所述耦合槽线2与所述介质谐振器1的下表面相接触；在所述介质基板4的下表面设置馈电微带线5、第一加载微带线组6和第二加载微带线组7。
所述第一加载微带线组6以所述馈电微带线5为对称轴对称设置；所述第一加载微带线组7以所述馈电微带线5为对称轴对称设置，且所述第一加载微带线组6的枝节长度与所述第二加载微带线组7的枝节长度不相等。
通过调节所述第一加载微带线组6的枝节长度和所述第二加载微带线组7的枝节长度，控制天线辐射零点产生频率的位置；所述天线辐射零点包括天线高频阻带辐射零点以及天线低频阻带辐射零点。
图2是本发明所提供的介质谐振器滤波天线的主视图，图3是本发明所提供的介质谐振器滤波天线的左视图，如图2和图3所示，本发明提供的实施例中，所述馈电微带线5、所述第一加载微带线组6和所述第二加载微带线组7设置在介质板的下表面。
图4是本发明所提供的介质谐振器滤波天线的俯视图，如图4所示，在本发明提供的实施例中，所述耦合槽线2设置在所述接地板3的上表面。
本发明所提供的介质谐振器滤波天线中，所述馈电微带线5为信号输入端，所述耦合槽线2为信号输出端，通过所述接地板3将所述馈电微带线5和所述耦合槽线2隔离，进而降低了滤波对天线能量辐射的干扰，提高了滤波效果。
其中，本发明提供的实施例所述馈电微带线5、所述第一加载微带线组6和所述第二加载微带线组7均与所述耦合槽线2呈相同夹角。
为了能够提高所述耦合槽线2的耦合输出，提高天线能量辐射的集中性，所述馈电微带线5、所述第一加载微带线组6和所述第二加载微带线组7均垂直于所述耦合槽线2设置。
在一个具体的实施例中，所述第一加载微带线组6中的加载微带线的数量与所述第二加载微带线组7中的加载微带线的数量相等；所述第一加载微带线组6中的加载微带线的数量为大于零的偶数；所述第二加载微带线组7中的加载微带线的数量为大于零的偶数。
具体的，所述第一加载微带线组6的枝节长度小于所述第二加载微带线组7的枝节长度。
调节所述第一加载微带线组6的枝节长度控制天线高频阻带辐射零点产生频率的位置。
调节所述第二加载微带线组7的枝节长度控制天线低频阻带辐射零点产生频率的位置。
为了便于印刷所述介质谐振器滤波天线，所述第一加载微带线组6设置在所述第二加载微带线组7之间。
在本发明提供的实施例中，所述介质谐振器1的形状为矩形、圆柱形或半球形。
进一步的，所述介质谐振器1为陶瓷介质谐振器或复合材料介质谐振器。
所述介质谐振器滤波天线采用微带-槽线耦合馈电方式进行能量传输。
在具体的实施例中，本发明提供的介质谐振器滤波天线工作在3.5GHz，其中，采用厚度为0.762mm的FR4板材作为介质基板，采用介电常数为9.9的陶瓷介质谐振器作为辐射体。在介质基板上表面为一层金属材料的接地面，介质基板的下表面设置阻抗为50Ω馈电微带线，馈电微带线通过接地板上的耦合槽线，给介质谐振器馈电。
图5是本发明所提供的介质谐振器滤波天线中介质基板上表面的俯视图，如图5所示，介质基板下表面设有第一加载微带线组和第二加载微带线组，第一加载微带线组的枝节长度小于第二加载微带线组的枝节长度，通过调整第二加载微带线组的枝节长度调整低频带的辐射零点位置，而通过调整第一加载微带线组的枝节长度调整高频带的辐射零点位置。
由于工作频带的不同，发明中的电路尺寸也不同。
在具体的实施例中，矩形陶瓷介质谐振器的介电常数为9.9的的长a＝18.4mm,宽b＝14mm,高c＝15.5mm；介质基板的长宽相等且均为60mm；馈电槽线的长ls＝14mm,宽ws＝0.6mm；馈电微带线的长宽分别为lf＝36mm,wf＝1.45mm而宽度均为0.2mm的加载微带线的长度分别为lms1＝29mm,lms2＝25mm。
图6是本发明所提供的介质谐振器滤波天线的S11增益仿真曲线图，如图6所示，-10dB的阻抗带宽6.86％(3.61-3.37GHz)，频带内的最大增益为5dB；在3.2GHz和4.1GHz处存在两个辐射零点。
图7是本发明所提供的介质谐振器滤波天线在3.5GHz时，xoz面的辐射方向图；图8是本发明所提供的介质谐振器滤波天线在3.5GHz时，yoz面的辐射方向图。如图7和图8所示，本发明提供的介质谐振器滤波天线的主瓣窄，旁瓣小，天线能量辐射集中，天线的增益高，进而降低了滤波对天线能量辐射的干扰，提高了滤波效果，实现了类椭圆的滤波辐射响应。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (9)

1.一种介质谐振器滤波天线，包括介质谐振器、接地板以及介质基板，其特征在于，所述介质谐振器的下表面与所述接地板的上表面相接触；所述接地板的下表面与所述介质基板的上表面相接触；在所述接地板上设置耦合槽线；所述耦合槽线与所述介质谐振器的下表面相接触；在所述介质基板的下表面设置馈电微带线、第一加载微带线组和第二加载微带线组；
所述第一加载微带线组以所述馈电微带线为对称轴对称设置；所述第二加载微带线组以所述馈电微带线为对称轴对称设置；所述第一加载微带线组的枝节长度与所述第二加载微带线组的枝节长度不相等；
通过调节所述第一加载微带线组的枝节长度和所述第二加载微带线组的枝节长度，控制天线辐射零点产生频率的位置；所述天线辐射零点包括天线高频阻带辐射零点以及天线低频阻带辐射零点；
所述馈电微带线为信号输入端，通过所述接地板将所述馈电微带线和所述耦合槽线隔离。
2.根据权利要求1所述的一种介质谐振器滤波天线，其特征在于，所述馈电微带线、所述第一加载微带线组和所述第二加载微带线组均与所述耦合槽线呈相同夹角。
3.根据权利要求2所述的一种介质谐振器滤波天线，其特征在于，所述夹角的角度为90°。
4.根据权利要求1所述的一种介质谐振器滤波天线，其特征在于，所述第一加载微带线组中的加载微带线的数量与所述第二加载微带线组中的加载微带线的数量相等；
所述第一加载微带线组中的加载微带线的数量为大于零的偶数；
所述第二加载微带线组中的加载微带线的数量为大于零的偶数。
5.根据权利要求4所述的一种介质谐振器滤波天线，其特征在于，所述第一加载微带线组的枝节长度小于所述第二加载微带线组的枝节长度；
调节所述第一加载微带线组的枝节长度控制天线高频阻带辐射零点产生频率的位置；
调节所述第二加载微带线组的枝节长度控制天线低频阻带辐射零点产生频率的位置。
6.根据权利要求5所述的一种介质谐振器滤波天线，其特征在于，所述第一加载微带线组相对所述第二加载微带线组靠近所述馈电微带线设置。
7.根据权利要求1所述的一种介质谐振器滤波天线，其特征在于，所述介质谐振器的形状为矩形、圆柱形或半球形。
8.根据权利要求1所述的一种介质谐振器滤波天线，其特征在于，所述介质谐振器为陶瓷介质谐振器或复合材料介质谐振器。
9.根据权利要求1所述的一种介质谐振器滤波天线，其特征在于，所述介质谐振器滤波天线采用微带-槽线耦合馈电方式进行能量传输。
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