CN110635254A - 一种低剖面宽带滤波阵列 - Google Patents

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CN110635254A CN201911016218.5A CN201911016218A CN110635254A CN 110635254 A CN110635254 A CN 110635254A CN 201911016218 A CN201911016218 A CN 201911016218A CN 110635254 A CN110635254 A CN 110635254A
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张�诚
杨兵
丁涛杰
毛臻
孙晓冬
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Abstract

本发明公开一种低剖面宽带滤波阵列，属于微波通信技术领域。所述低剖面宽带滤波阵列包括依次设置的顶层、次顶层、次底层和底层；其中，所述顶层上设有2×2偶极子阵列；所述次顶层包括谐振器和两块贴片，所述谐振器上加载有短路枝节；所述次底层为金属地；所述底层包括功分线和馈线，所述功分线与所述谐振器电连。本发明能够实现拓展工作带宽和提高带外抑制水平的效果；并且通过在偶极子阵列与金属地之间插入谐振器的方式，降低偶极子阵列剖面高度。

Description

一种低剖面宽带滤波阵列
技术领域
本发明涉及微波通信技术领域，特别涉及一种低剖面宽带滤波阵列。
背景技术
随着无线通信技术的快速发展，滤波天线阵列越来越受到国内外学者的关注。滤波天线阵列的优势主要在于它不仅能够有效减小系统的整体尺寸、结构复杂度以及传输损耗，而且能够有效减小由于多个工作在不同频率点的天线紧密放置所带来的互耦问题。
对于现有的滤波阵列，最为传统的方式是将天线阵列与带通滤波器级联以此获得滤波响应，但该设计方式将会增大天线的尺寸，造成阻抗失配以及增益损失。为了提高天线的增益以及阻抗匹配特性，国内外报道了两种滤波天线阵列设计方式：一种是将谐振器嵌入阵列天线的馈电网络中；另一种采用传统的功分网络给具有滤波特性的天线单元馈电。对于这两类设计，天线单元间的间距通常需要大于0.5个空气波长以此获得单元增益的有效合成，0.5个空气波长尺寸很大，难以实现阵列的小型化设计。
另外，带有紧贴大地的偶极子天线由于其所具有的结构简单以及功能优良等特性越来越受重视。一般来说，传统的偶极子天线的剖面高度往往需要达到0.25个空气波长，当剖面高度降到一定程度时，天线将发生阻抗失配。为了实现偶极子天线的低剖面，国内外报道了多种低剖面设计技术：一种采用水平放置的折叠状偶极子以此提高天线的阻抗；一种是采用周期性结构以此改变反射相位，例如电磁带隙、人工磁导体、高阻面、偶极子和金属地之间插入寄生结构等技术。然而，对于这几类技术而言，难以实现天线的滤波特性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种低剖面宽带滤波阵列，以解决传统偶极子滤波阵列所存在的天线单元的间距需达到0.5个空气波长，且传统低剖面设计技术存在难以实现滤波特性的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供一种低剖面宽带滤波阵列，包括依次设置的顶层、次顶层、次底层和底层；其中，
所述顶层上设有2×2偶极子阵列；
所述次顶层包括谐振器和两块贴片，所述谐振器上加载有短路枝节；
所述次底层为金属地；
所述底层包括功分线和馈线，所述功分线与所述谐振器电连。
可选的，所述金属地上开有圆形孔。
可选的，所述谐振器上开有金属通孔，所述功分线穿过所述圆形孔并通过所述金属通孔与所述谐振器电连。
可选的，所述谐振器将射频信号同时耦合给两块贴片和所述偶极子阵列，实现辐射特性。
可选的，所述两块贴片的形状均为方形。
在本发明中提供了一种低剖面宽带滤波阵列，包括依次设置的顶层、次顶层、次底层和底层；其中，所述顶层上设有2×2偶极子阵列；所述次顶层包括谐振器和两块贴片，所述谐振器上加载有短路枝节；所述次底层为金属地；所述底层包括功分线和馈线，所述功分线与所述谐振器电连。
本发明具有以下有益效果：
（1）在天线通带内产生三个反射零点，达到拓展工作带宽的效果；
（2）在天线通带的高、低端各产生一个辐射零点，达到提高带外抑制水平的效果；
（3）通过在偶极子阵列与金属地之间插入谐振器的方式，达到降低偶极子阵列剖面高度的效果；
（4）利用谐振器给位于其上方的2×2偶极子阵列馈电，达到在保持阵列增益不下降的情况下减小单元间距的效果。
附图说明
图1是本发明提供的低剖面宽带滤波阵列的结构示意图；
图2是低剖面宽带滤波阵列的顶层结构示意图；
图3是低剖面宽带滤波阵列的次顶层结构示意图；
图4是低剖面宽带滤波阵列的次底层结构示意图；
图5是低剖面宽带滤波阵列的底层结构示意图；
图6是本发明提供的低剖面宽带滤波阵列的阻抗匹配与增益响应示意图；
图7（a）是低剖面宽带滤波阵列在工作频率处的E面方向图；
图7（b）是低剖面宽带滤波阵列在工作频率处的H面方向图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明提出的一种低剖面宽带滤波阵列作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
实施例一
本发明提供了一种低剖面宽带滤波阵列，其结构如图1所示，包括依次设置的顶层1、次顶层2、次底层3和底层4。
具体的，如图2所示，所述顶层1上设有2×2偶极子阵列10；如图3所示，所述次顶层2包括谐振器21和两块正方形贴片22，所述谐振器21上加载有短路枝节23；如图4所示，所述次底层3为金属地；如图5所示，所述底层4包括功分线41和馈线42，所述功分线41和所述馈线42形成馈电网络，所述功分线41与所述谐振器21电连。
具体的，请继续参阅图3和图4，所述金属地上开有圆形孔31，所述谐振器21上开有金属通孔24，所述功分线41穿过所述圆形孔31并通过所述金属通孔24与所述谐振器21电连，对所述谐振器馈电，而后所述谐振器21将射频信号同时耦合给位于所述次顶层2的两块贴片22和所述顶层1上的所述偶极子阵列10，实现辐射特性。利用所述谐振器21的奇模、位于同一次顶层2的方形贴片22以及所述顶层1的偶极子阵列10，可在天线通带内出现三个反射零点，达到拓展工作带宽的效果；而所述谐振器21的偶模可在天线通带的高、低端各产生一个辐射零点，提高带外抑制水平。另外，所述金属地与所述偶极子阵列10之间插入所述谐振器21可降低所述偶极子阵列10与所述金属地之间的反射相位，实现低剖面特性。
本发明提供一种低剖面宽带滤波阵列，其天线结构如图1所示，天线响应如图6所示。在图6中，|S11|为回波损耗响应，天线可工作在3GHz-4.1GHz，即相对带宽为31%，最大增益为8.5dBi，两辐射点各出现在2.3GHz、4.1GHz。在图7（a）和图7（b）中，CPOL为主极化，XPOL为交叉极化，在天线的工作频率处，E面、H面交叉极化均在30dB以下，3dB波束带宽分别为73.1°，91.9°，前后比分别为15dB，16.2dB。
上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

Claims (5)

1.一种低剖面宽带滤波阵列，其特征在于，包括依次设置的顶层（1）、次顶层（2）、次底层（3）和底层（4）；其中，
所述顶层（1）上设有2×2偶极子阵列（10）；
所述次顶层（2）包括谐振器（21）和两块贴片（22），所述谐振器（21）上加载有短路枝节（23）；
所述次底层（3）为金属地；
所述底层（4）包括功分线（41）和馈线（42），所述功分线（41）与所述谐振器（21）电连。
2.如权利要求1所述的低剖面宽带滤波阵列，其特征在于，所述金属地上开有圆形孔（31）。
3.如权利要求2所述的低剖面宽带滤波阵列，其特征在于，所述谐振器（21）上开有金属通孔（24），所述功分线（41）穿过所述圆形孔（31）并通过所述金属通孔（24）与所述谐振器（21）电连。
4.如权利要求1所述的低剖面宽带滤波阵列，其特征在于，所述谐振器（21）将射频信号同时耦合给两块贴片（22）和所述偶极子阵列（10），实现辐射特性。
5.如权利要求1所述的低剖面宽带滤波阵列，其特征在于，所述两块贴片（22）的形状均为正方形。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112701473A (zh) * 2020-12-23 2021-04-23 华南理工大学 一种端射滤波mimo天线

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