CN110994170A - 一种小型化高通滤波双极化贴片天线 - Google Patents

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刘亦旸
段文
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Abstract

本发明公开了一种小型化高通滤波双极化贴片天线，包括反射地板、第一层金属片和第二层金属片，第一层金属片与所述第二层金属片均是四个角被切掉的正方形结构，且中间均开有缝隙，反射地板为正方形结构。两层金属片中间的缝隙都是由一个正方形和一个十字形结构组合形成；正方形缝隙和十字形缝隙都位于金属片的中心，十字形缝隙的四个枝节和正方形缝隙的四个角都指向金属片的边缘中心，十字形缝隙的尺寸靠近金属片的边缘，贴片天线通过四根中心对称的金属探针给第一层金属片馈电。本发明通过在寄生贴片和馈电贴片中心挖缝的形式，可以实现很好的高通滤波效果以及高通滤波效果，另外可以改变辐射贴片上的电流的等效路径，从而获得小型化的效果。

Description

一种小型化高通滤波双极化贴片天线
技术领域
本发明涉及射频通信领域，尤其涉及一种小型化高通滤波双极化贴片天线。
背景技术
在现代无线通信领域中，小型化和低损耗是现代射频前端的发展趋势。而传统的单个射频前端器件例如滤波器、功率分配器、天线等的尺寸和效率已经研究到接近极限，而随着5G通信的来临，通信频段和通信设备越来越多，射频前端的尺寸和损耗问题需要进一步优化才能满足未来的无线通信需求。射频前端器件的融合设计是一个有效解决方案，特别是基于天线阵子与滤波器的融合设计。
公开号为CN201812933U的实用新型专利公开了一种一体化滤波天线，采用了外加电路的方案进行滤波，在天线上实现了滤波效果，但这种方法会带来外加的滤波器电路引入的插入损耗和尺寸，整个射频前端的尺寸和效率改善不够明显。
公开号为CN207217766U的实用新型专利公开了一种全向低剖面滤波贴片天线，采用在贴片和地板之间引入金属过孔与圆环型缝隙产生LC谐振的方法实现低频阻带良好的滤波效果。这款滤波天线虽然没有额外的滤波器电路引入的插入损耗和电路尺寸，但是天线辐射体本身需要足够大的尺寸来优化其辐射和滤波性能，整个边长达到58.4mm(0.86λ)，相对于普通的0.5λ的贴片天线来说，尺寸偏大。
具体文献如《Chun-Xu Mao,Steven Gao,Yi Wang,Fan Qin,Qing-Xin Chu,“Multimode Resonator-Fed Dual-Polarized Antenna Array With Enhanced Bandwidthand Selectivity，”IEEE Trans.Antenna Propag.,VOL.63,NO.12,DECEMBER 2015》，通过将短截线负载谐振器(SLR)作为双极化贴片天线的馈电的方法过得滤波效果，该方法巧妙地将滤波器馈电网络设计在地板下层，虽然解决了滤波电路的额外尺寸问题，但是还是没有解决滤波器引入的插入损耗问题，并且该滤波天线也没有做小型化处理，边长约0.52λ。
发明内容
为了克服现有技术存在的缺点与不足，本发明提供一种小型化高通滤波双极化贴片天线，天线自身具备高通滤波性能，贴片边长仅0.3λ，并且天线的辐射性能和滤波性能都很稳定。
本发明的目的通过以下的技术方案实现：一种小型化高通滤波双极化贴片天线，包括反射地板、第一层金属片和第二层金属片，所述第一层金属片与所述第二层金属片均是四个角被切掉的正方形结构，且中间均开有缝隙，所述反射地板为正方形结构。本发明通过在寄生贴片和馈电贴片中心挖缝的形式，可以实现很好的高通滤波效果以及高通滤波效果。所述两层金属片中间开的缝隙，不仅可以实现天线尺寸的小型化，还可以将第二层金属片在高频段引入的滤波零点移到低频段部分，实现高通滤波响应效果。
优选的，所述第一层金属片中间开有缝隙，所述缝隙由正方形缝隙结构和十字型缝隙结构组成，所述正方形缝隙结构和十字形缝隙结构都位于第一层金属片中心。
更进一步的，所述正方形缝隙结构的四个角指向第一层金属片的边缘中心，所述的十字形缝隙结构的四个枝节也指向第一层金属片的边缘中心，并接近边缘位置。
优选的，所述第二层金属片中间开的缝隙结构与第一层金属片中间开的缝隙结构在金属片上所处的位置一样。
优选的，所述第二层金属片中间开的缝隙结构尺寸大于或者等于第一层金属片中间开的缝隙结构的尺寸。
优选的，所述第一次金属片的边长与所述第二层金属片的边长尺寸相差5％以内。
优选的，所述第一层金属片由四个对称的金属探针馈电，所述四个金属探针位于金属片的对角线上。
更进一步的，所述的第一层金属片通过对角线上的两个探针同时激励差分信号来实现双极化辐射。
本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：
1、通过在寄生贴片和馈电贴片中心挖缝的形式，可以实现很好的高通滤波效果以及高通滤波效果，通带边沿有陡峭的滚降，同时实现了天线通带内良好的匹配和稳定的辐射特性。
2、通过在寄生贴片和驱动贴片中心挖缝的形式，可以改变辐射贴片上的电流的等效路径，从而获得小型化的效果。
3、可根据实际需要调整寄生贴片与驱动贴片之间的距离、寄生贴片的尺寸以及缝隙的大小以控制增益抑制零点的位置从而改变滤波频段。
4、具有较高的隔离度，良好的频率选择性，稳定的辐射方向图等特点。
5、结构紧凑，而且可使用PCB加工技术，制造低廉；由于没有级联复杂的滤波电路，损耗低，所以天线的增益较高；并且具有双极化的辐射特性。
附图说明
图1为本发明的一种小型化高通滤波双极化贴片天线的俯视结构图；
图2为本发明的一种小型化高通滤波双极化贴片天线的侧视图和俯视图；其中，图(a)是本发明滤波天线具体实施例1寄生贴片的俯视图；图(b)是本发明滤波天线具体实施例1的侧视图；图(c)是本发明滤波天线具体实施例1馈电贴片的俯视图；
图3是本发明滤波天线具体实施例1的+45度反射系数(S11)，-45度反射系数(S22)和±45度极化隔离(S12)频率仿真结果图；
图4是本发明滤波天线具体实施例1的±45°增益-频率仿真结果图；
图5是本发明滤波天线具体实施例1在0.9GHz，+45°的辐射方向图；
图6是本发明滤波天线具体实施例1在0.9GHz，-45°的辐射方向图；
图7为本发明的一种小型化高通滤波双极化贴片天线的立体结构图。
其中，1-金属反射板，2-寄生贴片所附着的介质板，3-驱动贴片所附着的介质板，4-馈电探针，5-寄生贴片，6-驱动贴片，7-寄生贴片上的缝隙，8-驱动贴片上的缝隙。
具体实施方式
下面将结合本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。
实施例
如图1至2所示，本实施例提供了一种小型化高通滤波双极化贴片天线，从图1、图2、图7可以看到，天线单元置于金属反射板1中间上方位置，四根馈电探针4穿过介质板3与驱动贴片6焊接，一对角线相对的馈电探针4进行差分馈电形成﹢45°线极化，另一对角馈电探针4构成-45°线极化。
驱动贴片6印刷在PCB介质板3上，在驱动贴片6中心位置开有缝隙8，缝隙8形状为正方形结构和十字型结构组成，缝隙8改变了电流分布，使得贴片天线小型化。
寄生贴片5印刷在单面PCB介质板2上，在寄生贴片5中心位置开有缝隙7，缝隙7形状为正方形结构和十字型结构组成。
PCB介质板2位于PCB介质板3正上方，调节缝隙7和缝隙8的尺寸以及PCB介质板3和PCB介质板2之间的距离，可以将寄生贴片5在高频段引入的滤波零点移到低频段部分，实现高通滤波响应效果。
如图3所示，为本实施例的回波损耗-极化隔离-频率仿真结果图。具体实施例1的滤波天线在820MHz至980MHz频段依旧具有两个谐振模式，并且S11在-10dB以下，实现了工作频段的良好匹配。在工作频段内极化隔离达到了-37.8dB以下，实现了良好的隔离。
如图4所示，为本实施例的增益-频率仿真结果图。具体实施例1的滤波天线在820MHz至980MHz频段仿真增益有8.2dB至9.09dB。在730MHz有一个辐射零点，实现了比较好的带外抑制。
如图5所示，为本实施例的900MHz的﹢45°线极化的方向图仿真结果图，方向图主极化方向图没有发生畸变，并且具有比较低交叉极化。
如图6所示，为本实施例的900MHz的-45°线极化的方向图仿真结果图，方向图主极化方向图没有发生畸变，并且具有比较低交叉极化。
本实施例所述小型化高通滤波双极化贴片天线集成滤波特性和辐射特性，天线自身有滤波性能，通带边缘陡峭，边带抑制明显，具有良好的频率选择特性，无需外加滤波损耗电路，克服了采用外加滤波电路设计滤波天线时损耗大和体积大的缺点。滤波通带可以覆盖820MHz-960MHz频段，并且通带增益平坦，可以实现较高增益，抑制邻频干扰，提高基站收发信机的性能。同时引入寄生贴片和十字缝隙，引入低频辐射抑制零点，使通带下侧频段的增益迅速下降，零点作用产生高通滤波特性。
本实施例所述小型化高通滤波双极化贴片天线整个结构主要由金属贴片、金属化过孔、介质板通孔和十字型槽组成，结构简单，设计简便，可以采用廉价的PCB技术加工。
综上所述，本发明适用于无线移动通信多频基站天线领域，可应用于各类无线通信系统的接收和发射设备中，由于本发明的滤波特性，特别适用于在开阔复杂的多频段多制式通信场景中工作820-980MHz的基站天线；同时受益于滤波特性与辐射特性的集成，以及本发明具有小型化的特点，本发明也适用于无线移动通信系统设备的一体化和集成化，降低设计要求，提高通信设备抗邻频干扰的能力。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种小型化高通滤波双极化贴片天线，其特征在于，包括反射地板、第一层金属片和第二层金属片，所述第一层金属片与所述第二层金属片均是四个角被切掉的正方形结构，且中间均开有缝隙，所述反射地板为正方形结构。
2.根据权利要求1所述的小型化高通滤波双极化贴片天线，其特征在于，所述第一层金属片中间开有缝隙，所述缝隙由正方形缝隙结构和十字型缝隙结构组成，所述正方形缝隙结构和十字形缝隙结构都位于第一层金属片中心。
3.根据权利要求2所述的小型化高通滤波双极化贴片天线，其特征在于，所述正方形缝隙结构的四个角指向第一层金属片的边缘中心，所述的十字形缝隙结构的四个枝节也指向第一层金属片的边缘中心，并接近边缘位置。
4.根据权利要求1所述的小型化高通滤波双极化贴片天线，其特征在于，所述第二层金属片中间开的缝隙结构与第一层金属片中间开的缝隙结构在金属片上所处的位置一样。
5.根据权利要求1所述的小型化高通滤波双极化贴片天线，其特征在于，所述第二层金属片中间开的缝隙结构尺寸大于或者等于第一层金属片中间开的缝隙结构的尺寸。
6.根据权利要求5所述的小型化高通滤波双极化贴片天线，其特征在于，所述第一次金属片的边长与所述第二层金属片的边长尺寸相差5％以内。
7.根据权利要求1所述的小型化高通滤波双极化贴片天线，其特征在于，所述第一层金属片由四个对称的金属探针馈电，所述四个金属探针位于金属片的对角线上。
8.根据权利要求7所述的小型化高通滤波双极化贴片天线，其特征在于，所述的第一层金属片通过对角线上的两个探针同时激励差分信号来实现双极化辐射。
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