CN110718756A - 一种新型平面三频段带通滤波器天线 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种新型平面三频段带通滤波器天线,所述新型平面三频段带通滤波器天线包括:介质基板(1)、设置于所述介质基板(1)下表面的金属地板(2)、设置在所述介质基板(1)上表面的馈电结构(3)和滤波器天线结构;所述馈电结构(3)与所述滤波器天线结构处于同一平面,所述滤波器天线结构包括枝节加载谐振器(4)、平行线耦合器(5)和与平行线耦合器(5)连接的三频段单极子天线(6)。本发明采用平面结构设计了三频段带通滤波器天线,实现了天线和滤波器的集成及小型化,可广泛应用于三通带通信系统,克服了传统设计中尺寸大的缺点,体积小且成本低。
Description
技术领域
本发明涉及滤波器天线技术领域,具体涉及一种新型平面三频段带通滤波器天线。
背景技术
在无线通信系统中,天线和滤波器必不可少,但是在传统无线通信系统设计中,天线和滤波器各成一体,由50欧姆传输线连接,这种设计方案,一方面造成了整个系统的尺寸很大,另一方面也降低了效率,引起了更多的系统损耗。
另外,现有三频段滤波器天线的滤波器天线结构相对复杂,尺寸相对较大,设计相对繁琐。
发明内容
针对现有技术存在的问题,本发明提供了一种新型平面三频段带通滤波器天线,克服了传统滤波器天线设计尺寸大的缺点,将多层结构进行改进,体积进一步减小且制造成本低,三频段滤波结构设计简单,采取的技术方案如下:
本发明提供一种新型平面三频段带通滤波器天线,所述新型平面三频段带通滤波器天线包括:介质基板(1)、设置于所述介质基板(1)下表面的金属地板(2)、设置在所述介质基板(1)上表面的馈电结构(3)和滤波器天线;所述馈电结构(3)与所述滤波器天线处于同一平面,所述滤波器天线包括枝节加载谐振器(4)、平行线耦合器(5)和与平行线耦合器(5)连接的三频段单极子天线(6)。
进一步地,所述馈电结构(3)为平行耦合馈电微带线,所述平行耦合馈电微带线包括沿水平方向延伸的第一微带线(31)和沿竖直方向延伸的第二微带线(32),所述第一微带线(31)的长度小于所述第二微带线(32),所述第一微带线(31)的宽度大于所述第二微带线(32)。
进一步地,所述金属地板(2)设置在所述枝节加载谐振器(4)和平行线耦合器(5)的下方。
进一步地,所述枝节加载谐振器(4)包括沿竖直方向延伸的开路枝节(41)、沿竖直方向延伸的短路枝节(42)和沿水平方向延伸的第二枝节(43);所述开路枝节(41)的长度大于所述短路枝节(42)的长度。
进一步地,所述短路枝节(42)还设置有短路通孔(421),所述短路通孔(421)位于远离第二枝节(43)的一端。
进一步地,所述开路枝节(41)、短路枝节(42)和第二枝节(43)的宽度相等,所述短路通孔(421)的半径为0.2mm。
进一步地,所述平行线耦合器(5)包括沿水平方向延伸的第一部分平行线耦合器(51)和沿竖直方向延伸的第二部分平行线耦合器(52);所述第一部分平行线耦合器(51)和第二部分平行线耦合器(52)的宽度相等,所述第一部分平行线耦合器(51)的长度小于所述第二部分平行线耦合器(52)的长度。
进一步地,所述三频段单极子天线(6)为开路单极子天线,所述三频段单极子天线(6)包括高频枝节(61)、中频枝节(62)和低频枝节(63),所述高频枝节(61)、中频枝节(62)和低频枝节(63)的宽度相等。
进一步地,所述第一部分平行线耦合器(51)与所述枝节加载谐振器(43)的最小间距为0.15mm;第二部分平行线耦合器(52)与所述枝节加载谐振器(43)的最小间距0.2mm。
进一步地,所述平行耦合馈电微带线特性阻抗为50欧姆,所述介质基板(1)的相对介电常数为4.4,介质损耗正切为0.02。
与现有技术相比,本发明的优点及积极效果为:使用平面结构设计了三频段带通滤波器天线,完成了天线和滤波器的集成及小型化,可广泛应用于三通带通信系统,克服了传统设计中尺寸大的缺点、体积小的缺点;本发明公开的一种新型平面三频段带通滤波器天线在2.45GHz、3.53GHz和5.2GHz 频段处具有很好的带内选择和带外抑制特性,能够有效隔离带外信号的干扰。
综上所述,本发明的优点及积极效果为:使用平面结构设计了三频段带通滤波器天线,完成了天线和滤波器的集成及小型化,可广泛应用于三通带通信系统,克服了传统设计中尺寸大的缺点,体积小且成本低。本发明提供的一种新型平面三频段带通滤波器天线在2.45GHz、3.53GHz和5.2GHz 频段处具有很好的带内选择和带外抑制特性,能够有效隔离带外信号的干扰。
附图说明
图1是本发明实施例中新型平面三频段带通滤波器天线俯视结构示意图;
图2是本发明实施例中新型平面三频段带通滤波器天线主视结构示意图;
图3是本发明实施例中枝节加载谐振器的结构示意图;
图4是本发明实施例中平行线耦合器和三频段单极子天线的结构示意图;
图5是本发明实施例中平行耦合馈电微带线的结构示意图;
图6是本发明实施例S11特性曲线示意图;
图7是本发明实施例工作在2.45GHz频点的XOY面归一化辐射方向示意图;
图8是本发明实施例工作在2.45GHz频点的XOZ面归一化辐射方向示意图。
图9是本发明实施例工作在3.53GHz频点的XOY面归一化辐射方向示意图。
图10是本发明实施例工作在3.53GHz频点的XOZ面归一化辐射方向示意图。
图11是本发明实施例工作在5.2GHz频点的XOY面归一化辐射方向示意图。
图12是本发明实施例工作在5.2GHz频点的XOZ面归一化辐射方向示意图。
图中:1-介质基板;2-金属地板;3-平行耦合馈电微带线;31-第一微带线;32-第二微带线;4-枝节加载谐振器;41-开路枝节;42-短路枝节;43-第二枝节;421-短路通孔;5-平行线耦合器;51-第一部分平行线耦合器;52-第二部分平行线耦合器;6-三频段单极子天线;61-高频枝节;62-中频枝节;63-低频枝节。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
除非另外定义,本公开使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性,而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同,而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接,而是可以包括电性的连接,不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系,当被描述对象的绝对位置改变后,则该相对位置关系也可能相应地改变。为了保持本公开实施例的以下说明清楚且简明,本公开省略了已知功能和已知部件的详细说明。
如图1-5所示,本发明提供一种新型平面三频段带通滤波器天线,所述新型平面三频段带通滤波器天线设置有:介质基板1;所述介质基板1的下表面设置有金属地板2;所述介质基板1的上表面设置有馈电结构和滤波器天线;所述馈电结构与所述滤波器天线处于同一平面,所述滤波器天线包括枝节加载谐振器4、平行线耦合器5和与平行线耦合器5连接的三频段单极子天线6,馈电结构采用特性阻抗为50欧姆的微带线3平行耦合馈电,其功能为从馈电端口向金属地板2上表面的枝节加载谐振器4输送射频信号;所述与馈电结构位于同一平面的右边是枝节加载谐振器4;
所述枝节加载谐振器4,所述枝节加载谐振器4包括沿竖直方向延伸的开路枝节41、沿竖直方向延伸的短路枝节42和沿水平方向延伸的第二枝节43;所述开路枝节41的长度大于所述短路枝节42的长度;开路枝节41产生一个谐振频率,加载开路枝节41后,开路枝节41和第二枝节43的一部分共同产生第二个谐振频率,加载短路枝节42后,短路枝节42和第二枝节43的一部分共同产生第三个谐振频率;
与加载开路枝节和短路枝节的枝节加载谐振器4同一平面的右边是平行线耦合器5,平行线耦合器5的长度约为工作波长的四分之一,作用是使加载开路枝节和短路枝节的枝节加载谐振器和三频段单极子天线阻抗匹配;
所述平行线耦合器同一平面的右边连着三频段单极子天线,所述三频段单极子天线既作为滤波器的第二谐振单元,又作为滤波器天线的辐射单元。
本发明一实施例提供的新型平面三频段带通滤波器天线包括:金属地板2、平行耦合馈电微带线3、滤波器天线和介质基板1;位于介质基板1下表面的是金属地板2;位于介质基板1上表面的是平行耦合馈电微带线3,加载开路枝节和短路枝节的枝节加载谐振器4,平行线耦合器5,三频段单极子天线6;平行耦合馈电微带线3、加载开路枝节和短路枝节的枝节加载谐振器4、平行线耦合器5和三频段单极子天线6均位于同一平面;三频段单极子天线6下方没有金属地板2。
信号通过特性阻抗为50欧姆的平行耦合馈电微带线3输入到加载开路枝节和短路枝节的枝节加载谐振器4上,加载开路枝节和短路枝节的枝节加载谐振器4再将信号耦合到平行线耦合器5上,最终将信号传递给三频段单极子天线6辐射出去。
本实施例中,所述三频段单极子天线是三个开路单极子天线通过缠绕线技术分成三个谐振路径的三频段单极子天线,本发明的技术方案并不限于该三频段单极子天线,其他任何能够代替第二谐振单元的三频段单极子天线均属于本发明的保护范围。
所述三频段滤波器天线的第一谐振单元是加载开路枝节和短路枝节的枝节加载谐振器4,最长枝节长度和加载的开路枝节和短路枝节长度均由所需频段决定,并不仅限于特定的最长枝节长度和加载的开路枝节和短路枝节长度,其他使用不同长度的加载开路枝节和短路枝节的枝节加载谐振器的滤波器天线均属于本发明的保护范围。
本发明中介质基板1采用相对介电常数为4.4的FR4介质基板,其介质损耗角正切为0.02,介质基板厚度为1mm,长为29.8mm,宽为20mm。金属地板2(2)长为20mm,宽为13.2mm。用于馈电的50欧姆平行耦合馈电微带线3第一微带线平行于坐标轴y轴,长为2.6mm,宽为1.9mm;第二微带线平行于坐标轴x轴,长为11.42mm,宽为0.5mm。
加载开路枝节和短路枝节的枝节加载谐振器4,包括沿竖直方向延伸的开路枝节41、沿竖直方向延伸的短路枝节42和沿水平方向延伸的第二枝节43。开路枝节和短路枝节均平行于坐标轴x轴,短路枝节长度为1.9mm,方向向上,开路枝节长度为6.9mm,方向向下,开路枝节、短路枝节和第二枝节的宽度相等为1mm;短路枝节的短路通孔圆心距离短路枝节上边沿中心距离为0.1mm,短路通孔半径为0.2mm。
平行线耦合器5的第一部分平行线耦合器51平行于坐标轴y轴,长度为4.5mm,第二部分平行线耦合器平行于坐标轴x轴,长度为9mm,两部分宽度相等为1mm。连接在平行线耦合器上的三频段单极子天线(6)有三个枝节,如图1所示。其中高频枝节63总长为14.3mm,弯折为三部分,宽度均为1mm,第一部分平行于坐标轴y轴,长为7mm,弯折后的第二部分平行于坐标轴x轴,长为4.3mm,第三部分长为3mm;中频枝节62总长度为21.55mm,弯折为三部分,宽均为1mm,第一部分平行于坐标轴y轴,长为9.55mm,弯折后的第二部分平行于坐标轴x轴,长为6.8mm,第三部分长为5.2mm;低频枝节61总长度为28.8mm,弯折为三部分,宽均为1 mm,第一部分平行于坐标轴y轴,长为13.5mm,弯折后的第二部分平行于坐标轴x轴,长为9.5mm,第三部分长为5.8mm;三个枝节的第一部分重叠在一起,加载位置位于平行线耦合器5的末端。
微带线3的第二微带线32与加载开路枝节和短路枝节的枝节加载谐振器4的开路枝节41的间距为0.1mm;加载开路枝节和短路枝节的枝节加载谐振器4与平行线耦合器5平行,平行线耦合器5平行于坐标轴y轴的第一部平行线耦合器51与枝节加载谐振器的间距为0.15mm;平行线耦合器5平行于坐标轴x轴的第二部平行线耦合器52与枝节加载谐振器的间距为0.2mm。
图2为本发明实施例的S11特性曲线图。从图2可以看出,本发明实施例的工作频带(反射系数小于-10dB)分别为2.38GHz-2.60GHz、3.50GHz-3.56GHz和5.06GHz-5.31GHz。
图7-11分别为本发明实施例的2.45GHz、3.53GHz和5.2GHz的XOY、XOZ面的归一化方向图。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,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)
1.一种新型平面三频段带通滤波器天线,其特征在于,所述新型平面三频段带通滤波器天线包括:介质基板(1)、设置于所述介质基板(1)下表面的金属地板(2)、设置在所述介质基板(1)上表面的馈电结构(3)和滤波器天线结构;所述馈电结构(3)与所述滤波器天线结构处于同一平面,所述滤波器天线结构包括枝节加载谐振器(4)、平行线耦合器(5)和与平行线耦合器(5)连接的三频段单极子天线(6)。
2.如权利要求1所述的新型平面三频段带通滤波器天线,其特征在于,所述馈电结构(3)为平行耦合馈电微带线,所述平行耦合馈电微带线包括沿水平方向延伸的第一微带线(31)和沿竖直方向延伸的第二微带线(32),所述第一微带线(31)的长度小于所述第二微带线(32),所述第一微带线(31)的宽度大于所述第二微带线(32)。
3.如权利要求2所述的新型平面三频段带通滤波器天线,其特征在于,所述金属地板(2)设置在所述枝节加载谐振器(4)和平行线耦合器(5)的下方。
4.如权利要求3所述的新型平面三频段带通滤波器天线,其特征在于,所述枝节加载谐振器(4)包括沿竖直方向延伸的开路枝节(41)、沿竖直方向延伸的短路枝节(42)和沿水平方向延伸的第二枝节(43);所述开路枝节(41)的长度大于所述短路枝节(42)的长度。
5.如权利要求4所述的新型平面三频段带通滤波器天线,其特征在于,所述短路枝节(42)还设置有短路通孔(421),所述短路通孔(421)位于远离第二枝节(43)的一端。
6.如权利要求5所述的新型平面三频段带通滤波器天线,其特征在于,所述开路枝节(41)、短路枝节(42)和第二枝节(43)的宽度相等,所述短路通孔(421)的半径为0.2mm。
7.如权利要求6所述的新型平面三频段带通滤波器天线,其特征在于,所述平行线耦合器(5)包括沿水平方向延伸的第一部分平行线耦合器(51)和沿竖直方向延伸的第二部分平行线耦合器(52);所述第一部分平行线耦合器(51)和第二部分平行线耦合器(52)的宽度相等,所述第一部分平行线耦合器(51)的长度小于所述第二部分平行线耦合器(52)的长度。
8.如权利要求7所述的新型平面三频段带通滤波器天线,其特征在于,所述三频段单极子天线(6)为开路单极子天线,所述三频段单极子天线(6)包括高频枝节(61)、中频枝节(62)和低频枝节(63),所述高频枝节(61)、中频枝节(62)和低频枝节(63)的宽度相等。
9.如权利要求8所述的新型平面三频段带通滤波器天线,其特征在于,所述第一部分平行线耦合器(51)与所述枝节加载谐振器(43)的最小间距为0.15mm;第二部分平行线耦合器(52)与所述枝节加载谐振器(43)的最小间距0.2mm。
10.如权利要求9所述的新型平面三频段带通滤波器天线,其特征在于,所述平行耦合馈电微带线特性阻抗为50欧姆,所述介质基板(1)的相对介电常数为4.4,介质损耗正切为0.02。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication | ||
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Application publication date: 20200121 |