CN111478026B - 一种条带型介质贴片滤波天线阵列 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种条带型介质贴片滤波天线阵列，包括H型微带线以及1×2条带型介质贴片滤波天线阵列，H型微带线作为1×2条带型介质贴片滤波天线阵列的微带馈电结构。信号通过同轴线馈入H型微带线后，H型微带线中平行于y轴的两个金属条带构成的微带线呈现半波分布。两个工作于TMδ1模的条带型介质贴片天线单元共同耦合于呈半波分布的对称微带线，构成了1×2的条带型介质贴片滤波天线阵列及其工作频带，避免了传统功率分配网络的使用，并利用条带型介质贴片天线单元的TMδ2模构成高端辐射零点提高频率选择性，因此有利于减少滤波天线阵列的尺寸、损耗，降低剖面及简化结构。

Description

一种条带型介质贴片滤波天线阵列
技术领域
本发明涉及微波通信领域，尤其涉及一种条带型介质贴片滤波天线阵列。
背景技术
现代无线通信系统向着高集成度、低功耗、小型化的趋势发展；滤波天线同时具备滤波功能及辐射功能，减少了器件数目，有利于提高系统集成度，减少系统损耗及尺寸，因此受到广泛的关注。根据辐射体材料种类，可将滤波天线分为金属滤波天线与介质滤波天线两类。对比金属滤波天线，介质滤波天线具有导体损耗低、调节自由度高等优点，而且在天线工作模式上与金属滤波天线有较大区别。
介质滤波天线根据天线单元数的不同分为介质滤波天线单元及介质滤波天线阵列，而如果根据工作模式可以分为介质谐振器型滤波天线及介质贴片型滤波天线。其中介质谐振器型滤波天线工作在HEM模式，场主要集中在介质谐振器内；介质贴片型滤波天线工作在TM模式，场主要集中在介质贴片与金属地之间。目前介质滤波天线单元主要基于介质谐振器实现，因此介质尺寸较大、剖面高；而介质滤波天线阵列通过介质滤波天线单元进行组阵实现，并没有针对阵列自身进行滤波功能的融合，不利于滤波天线阵列的结构简化。
发明内容
发明目的：针对上述现有技术，提出一种条带型介质贴片滤波天线阵列，基于介质贴片实现介质滤波天线阵列，并针对阵列自身进行滤波功能的融合。
技术方案：一种条带型介质贴片滤波天线阵列，包括两个介质条带、H型金属结构、介质基板、金属大地以及同轴线；所述H型金属结构位于介质基板的上表面，所述H型金属结构由平行于y轴的两个金属条带与平行于x轴的金属条带组成；所述两个介质条带堆叠在介质基板的上方，分别位于所述x轴的金属条带的两侧且平行于y轴排列；所述金属大地位于介质基板的下表面，所述同轴线的内导体连接在所述金属条带的中心位置处；
所述两个介质条带与介质基板、金属大地构成两个条带型介质贴片天线单元，组成1×2条带型介质贴片滤波天线阵列；H型金属结构、介质基板以及金属大地构成H型微带线，作为所述1×2条带型介质贴片滤波天线阵列的微带馈电结构；信号通过所述同轴线馈入所述H型微带线后，所述平行于y轴的两个金属条带构成的微带线呈现半波分布。
进一步的，两个工作于TMδ1模的所述条带型介质贴片天线单元共同耦合于呈半波分布的对称微带线；所述条带型介质贴片天线单元的TMδ2模式在天线顶点处构成辐射零点。
根据所述的条带型介质贴片滤波天线阵列，通过所述介质条带以及平行于y轴的金属条带的长度调节所述1×2条带型介质贴片滤波天线阵列的中心频率。
根据所述的条带型介质贴片滤波天线阵列，通过所述平行于x轴的金属条带的长度控制所述1×2条带型介质贴片滤波天线阵列的带宽。
有益效果：与现有技术相比，具体存下如下有益效果：
1、两个工作于TMδ1模的条带型介质贴片天线单元共同耦合于呈半波分布的对称微带线，构成了1×2的条带型介质贴片滤波天线阵列及其工作频带，避免了传统功率分配网络的使用，并利用条带型介质贴片天线单元的TMδ2模构成高端辐射零点提高频率选择性，因此有利于减少滤波天线阵列的尺寸、损耗，降低剖面及简化结构。
2、微带线横跨两个条带型介质贴片天线单元，并沿着阵列排布方向呈现对称分布，即保证两个条带型介质贴片天线单元同时获得信号耦合，并保证H面方向图不倾斜。
3、由条带型介质贴片构成天线单元，减少了介质贴片的尺寸，并使H型金属条带的中间连接金属条带长度较短，有利于保持两侧微带线的半波分布。
附图说明
图1为本发明条带型介质贴片滤波天线阵列的俯视图；
图2为本发明条带型介质贴片滤波天线阵列的剖面图；
图3为本发天线阵列的仿真阻抗匹配和增益曲线图；
图4为本发天线4.9GHz处的天线阵列仿真的方向图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做更进一步的解释。
如图1、图2所示，一种条带型介质贴片滤波天线阵列，包括两个介质条带1、H型金属结构2、介质基板3、金属大地4以及同轴线5。H型金属结构2位于介质基板3的上表面，H型金属结构2由平行于y轴的两个金属条带21与平行于x轴的金属条带22组成。两个介质条带1堆叠在介质基板3的上方，分别位于x轴的金属条带22的两侧且平行于y轴排列。金属大地4位于介质基板3的下表面，同轴线5的内导体从金属大地4底部穿入并连接在金属条带22的中心位置处。
两个介质条带1与介质基板3、金属大地4构成两个条带型介质贴片天线单元，组成1×2条带型介质贴片滤波天线阵列。H型金属结构2、介质基板3以及金属大地4构成H型微带线，作为1×2条带型介质贴片滤波天线阵列的微带馈电结构。
信号通过所述同轴线5馈入H型微带线后，平行于y轴的两个金属条带21构成的微带线呈现半波分布。两个工作于TMδ1模的条带型介质贴片天线单元共同耦合于呈半波分布的对称微带线，由于两个条带型介质贴片天线单元的耦合部分呈现反向电场，因此能与半波分布微带线相对应，顺利实现耦合，并构成1×2条带型介质贴片滤波天线阵列的工作频带。同时利用条带型介质贴片天线单元的TMδ2模式实现水平电场分量的抵消，在天线顶点处无辐射，构成辐射零点，该辐射零点位于天线工作频带之外的高端，可以提升条带型介质贴片滤波天线阵列的高端频率选择性。对称分布的金属条带可以保证H面方向图不倾斜。
该1×2条带型介质贴片滤波天线阵列的中心频率可由介质条带1以及平行于y轴的金属条带21的长度调节。带宽可通过平行于x轴的金属条带22的长度控制。辐射零点的位置则随着介质条带1的长度改变而改变。
本实施例采用的基板为RO4003C基板，其介电常数为3.38，损耗角为0.0027，采用的介质条带的介电常数为89.5，损耗角为0.0004。天线阵列的剖面为2.313mm，即在中心频率4.9GHz时的剖面为0.038λ0。其仿真的匹配响应和辐射响应如图3所示，可见该实施例工作在4.9GHz，在中心频率处的增益为8.7dBi，10dB匹配带宽为6.2％。图4是4.9GHz处的天线阵列仿真的方向图，可见天线阵列的3-dB波束带宽在E面与H面上分别为46.8°与87.6°，交叉极化水平为-28dB。
与现有介质滤波天线阵列相比，本发明提出的条带型介质贴片滤波天线阵列，具有剖面低、尺寸小、且不需要传统功率分配网络的优点。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种条带型介质贴片滤波天线阵列，其特征在于，包括两个介质条带(1)、H型金属结构(2)、介质基板(3)、金属大地(4)以及同轴线(5)；所述H型金属结构(2)位于介质基板(3)的上表面，所述H型金属结构(2)由平行于y轴的两个金属条带(21)与平行于x轴的金属条带(22)组成；所述两个介质条带(1)堆叠在介质基板(3)的上方，分别位于所述x轴的金属条带(22)的两侧且平行于y轴排列；所述金属大地(4)位于介质基板(3)的下表面，所述同轴线(5)的内导体连接在所述金属条带(22)的中心位置处；
所述两个介质条带(1)与介质基板(3)、金属大地(4)构成两个条带型介质贴片天线单元，组成1×2条带型介质贴片滤波天线阵列；H型金属结构(2)、介质基板(3)以及金属大地(4)构成H型微带线，作为所述1×2条带型介质贴片滤波天线阵列的微带馈电结构；信号通过所述同轴线(5)馈入所述H型微带线后，所述平行于y轴的两个金属条带(21)构成的微带线呈现半波分布；
两个工作于TMδ1模的所述条带型介质贴片天线单元共同耦合于呈半波分布的对称微带线；所述条带型介质贴片天线单元的TMδ2模式在天线顶点处构成辐射零点。
2.根据权利要求1所述的条带型介质贴片滤波天线阵列，其特征在于，通过所述介质条带(1)以及平行于y轴的金属条带(21)的长度调节所述1×2条带型介质贴片滤波天线阵列的中心频率。
3.根据权利要求1所述的条带型介质贴片滤波天线阵列，其特征在于，通过所述平行于x轴的金属条带(22)的长度控制所述1×2条带型介质贴片滤波天线阵列的带宽。
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