CN111697330A

CN111697330A - 一种滤波天线

Info

Publication number: CN111697330A
Application number: CN202010562749.0A
Authority: CN
Inventors: 王建朋; 顾辉; 葛磊
Original assignee: Shenzhen Shenda Weitong Technology Co ltd; Zhongtian Broadband Technology Co Ltd
Current assignee: Zhongtian Communication Technology Co ltd; Zhongtian Broadband Technology Co Ltd
Priority date: 2020-06-18
Filing date: 2020-06-18
Publication date: 2020-09-22
Anticipated expiration: 2040-06-18
Also published as: CN111697330B

Abstract

本发明提出一种滤波天线，辐射贴片设置在第一基板背离第二基板的表面，两组耦合馈线结构设置在第一基板与所述第二基板之间，其中，每一耦合馈线结构包括中间馈线以及分别设置在中间馈线两侧的第一馈线、第二馈线，中间馈线向第一馈线及第二馈线耦合馈电；接地板设置于第二基板与第三基板之间，且第一馈线以及第二馈线均与接地板短接，微带线设置在第三基板的背离第二基板的表面，微带线通过探针连接中间馈线以向中间馈线馈电。本发明提出的滤波天线通过两组耦合馈线结构实现了滤波性能，并结合滤波天线本身的模式谐振特性和馈电结构的布局方式达到抑制谐波的效果，有利于减小天线的整体体积和降低天线结构设计复杂程度，并可减小天线的重量。

Description

一种滤波天线

技术领域

本发明涉及无线技术领域，特别涉及一种滤波天线。

背景技术

低剖面天线由于其剖面低、工作频段宽，重量轻且易于加工，近年来得到快速的发展，使这种低剖面微波天线得到广泛应用，作为微波天线的重要性能指标，关于微波天线的谐波抑制以及滤波性能一直是微波天线领域研究的热点，对天线的性能存在重要影响。现有技术中，一般通过在电路中接入多种微波器件对天线进行滤波，如，电路中的滤波器、功分器等，再利用天线本身的辐射特性使天线具备一定的谐波抑制功能，从而实现天线的谐波抑制以及滤波效果，但在电路中接入微波器件会导致天线的重量加重，且整体的尺寸也会增大，导致天线的重量、尺寸无法得到保证。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种滤波天线，旨在解决现有技术中，通过在电路中接入微波器件实现天线的谐波抑制及滤波会导致天线的重量加重、整体的尺寸也会增大的问题。

为实现上述目的，本发明提出一种滤波天线，所述滤波天线包括：

依次叠设的第一基板、第二基板及第三基板；

辐射贴片，所述辐射贴片设置在所述第一基板背离所述第二基板的表面；

两组耦合馈线结构，两组所述耦合馈线结构设置在所述第一基板与所述第二基板之间，其中，每一耦合馈线结构包括中间馈线以及分别设置在所述中间馈线两侧的第一馈线、第二馈线，所述中间馈线向所述第一馈线及第二馈线耦合馈电；

接地板，所述接地板设置于所述第二基板与第三基板之间，且所述第一馈线与第二馈线均与所述接地板短接；

微带线，所述微带线设置在所述第三基板的背离所述第二基板的表面，所述微带线通过探针连接所述中间馈线以向所述中间馈线馈电。

可选的，两组所述耦合馈线结构轴对称设置，所述辐射贴片的中点在所述第二基板上的投影点到两所述中间馈线间的中点之间的连线为两所述中间馈线的对称轴，两所述第一馈线关于所述对称轴对称，且两所述第二馈线关于所述对称轴对称。

可选的，所述第一馈线的长度小于所述第二馈线的长度。

可选的，两所述第一馈线与所述接地板的短接点关于所述对称轴对称，两所述第二馈线与所述接地板的短接点关于所述对称轴对称。

可选的，所述辐射贴片在所述第二基板上的投影覆盖所述短接点。

可选的，所述微带线为对称结构，且所述微带线关于所述对称轴对称地向两所述中间馈线馈电。

可选的，所述微带线包括第一传输部以及第二传输部，所述第一传输部连接所述第二传输部的中间位置，所述第二传输部的两端通过探针与两所述中间馈线连接形成两馈电点，两所述馈电点关于所述对称轴对称。

可选的，所述辐射贴片为圆形贴片。

可选的，所述对称轴从所述圆形贴片的圆心穿过，两所述中间馈线到所述对称轴具有共同的垂足，所述垂足在所述圆形贴片上的投影点位于所述圆形贴片直径的四分之一处。

可选的，所述第一馈线与所述第二馈线均与所述接地板通过短接探针短接，所述短接探针为实心金属轴或空心金属管，所述第二基板上开设通孔以供所述短接探针穿过。

本发明技术方案通过将第一基板、第二基板及第三基板依次叠设，将辐射贴片设置在第一基板背离第二基板的表面，将两组耦合馈线结构设置在第一基板与第二基板之间，其中，每一耦合馈线结构包括中间馈线以及分别设置在所述中间馈线两侧的第一馈线、第二馈线，所述中间馈线向所述第一馈线及第二馈线耦合馈电，且第一馈线及第二馈线均与接地板短接，两耦合馈线结构产生的两个第一耦合场相位、频次相同，能够产生传输零点，抑制滤波天线中产生的其他频次的电磁信号，由于传输零点的存在使得天线具备滤波性能，使得本实施例提出的滤波天线既具备滤波性能，又能直接利用天线单元本身的结构达到抑制谐波的效果，不需要依靠电路中的微波器件，如，电路中的滤波器、功分器等抑制谐波，有利于减小天线的整体体积，并可减小天线的重量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明滤波天线的一实施例的结构示意图；

图2为本发明滤波天线的各结构的尺寸示意图；

图3为本发明滤波天线随频率变化的反射系数图；

图4为本发明滤波天线的增益随频率变化特性图；

图5(a)为本发明滤波天线在2.48G频点的E面以及H面的方向图；

图5(b)为本发明滤波天线在2.62G频点的E面和H面的方向图。

附图标号说明：

标号	名称	标号	名称
				1	辐射贴片	4b	第二馈线
2a	第一基板	5	探针
				2b	第二基板	7	馈电点
2c	第三基板	8a	第一传输部
				3	中间馈线	8b	第二传输部
4a	第一馈线

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

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的一线分实施例，而不是全线的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各线件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本发明中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

如图1所示，为实现上述目的，本发明提出一种滤波天线，所述滤波天线包括：依次叠设的第一基板2a、第二基板2b及第三基板2c；辐射贴片1，所述辐射贴片1设置在所述第一基板2a背离所述第二基板2b的表面；两组耦合馈线结构，两组所述耦合馈线结构设置在所述第一基板2a与所述第二基板2b之间，其中，每一耦合馈线结构包括中间馈线以及分别设置在所述中间馈线3两侧的第一馈线4a、第二馈线4b，所述中间馈线3向所述第一馈线4a及第二馈线4b耦合馈电；

接地板，所述接地板设置于所述第二基板2b与第三基板2c之间，且所述第一馈线4a以及第二馈线4b均与所述接地板短接；

微带线，所述微带线设置在所述第三基板2c的背离所述第二基板2b的表面，所述微带线通过探针连接所述中间馈线3以向所述中间馈线馈电。

在本实施例中，第一基板2a、第二基板2b、第三基板2c依次叠设，形状大小可以相同也可以不同，辐射贴片1设置在第一基板2a上的背离第二基板2b的表面，用于对外辐射天线信号，辐射贴片1可以为圆形，方形等，具体形状可根据需要设置。

两中间馈线3设置在第一馈线4a与第二馈线4b之间，具体可以位于第一基板2a上，与辐射贴片1分别位于第一基板2a的两个侧面上，或者，两中间馈线3也可以位于第二基板2b上的靠近第一基板2a的表面。两中间馈线3的主要作用是向第一馈线4a与第二馈线4b进行耦合馈电，在具体的实施中，每一中间馈线3均对应设置有与其耦合馈电的第一馈线4a与第二馈线4b，因此，第一馈线4a与第二馈线4b均与中间馈线3之间存在一定的距离，该距离的设定可根据需要的耦合磁场设置。接地板可以为圆形，位于第二基板2b与第三基板2c之间，具体可以位于第二基板2b的靠近第三基板2c的表面，或者也可以位于第三基板2c的靠近第二基板2b的表面，均可实现滤波天线接地，本实施例中，第一馈线4a与第二馈线4b均与接地板通过短接探针5短接，实现滤波天线的接地，该短接探针5可以为实心金属轴也可以为空心金属管，第二基板2b上开设通孔以供短接探针5穿过。

由于两中间馈线3以及两第一馈线4a与第二馈线4b均位于第一馈线4a与第二馈线4b之间，且每一第一馈线4a与每一第二馈线4b分别从与其对应的中间馈线3上产生第一耦合场，因此，两第一耦合场会再度耦合形成第二耦合场对辐射贴片1形成耦合馈电，从而辐射贴片1能够激发出向外传送的天线信号。

本实施例中，由于每一中间馈线3均对应设置有与其耦合馈电的第一馈线4a与第二馈线4b，也即，形成两组为辐射贴片1进行耦合馈电的耦合馈线结构，每一耦合馈线结构由一个中间馈线3以及一个第一馈线4a与一个第二馈线4b间隔设置形成，因此，两耦合馈线结构具备相同的结构，产生的两个第一耦合场相位、频次相同，并能够产生传输零点，两相位相同的耦合场相互耦合，能够抑制滤波天线中产生的其他频次的电磁信号，如，对电子元器件或是电路连线造成干扰的高次模。同时，本实施例中，两第一耦合场的耦合程度与第一馈线4a与第二馈线4b的尺寸相关，如，第一馈线4a与第二馈线4b的长度，直接影响传输零点的频点位置，由于传输零点的存在使得天线具备滤波性能，因此，改变第一馈线4a与第二馈线4b的尺寸可直接改变传输零点的频点位置，进而可调节滤波天线的滤波性能，使得本实施例提出的滤波天线既具备滤波性能，又能直接利用天线单元本身的结构达到抑制谐波的效果，不需要依靠电路中的微波器件，如，电路中的滤波器、功分器等抑制谐波，有利于减小天线的整体体积，并可减小天线的重量。在第二耦合场的激发下，辐射贴片1会引入一个工作带宽，在此暂命名为第二工作带宽，两耦合馈线结构产生的第一耦合场会引入一个工作带宽，在此暂命名为第二工作带宽，第一工作带宽与第二工作过宽存在部分重叠或全部重叠，从而能够拓展滤波天线的工作带宽。当然，由于传输频点可通过改变第一馈线4a与第二馈线4b的长度进行调节，因此，第一工作带宽与第二工作带宽可通过改变第一馈线4a与第二馈线4b的长度调节。

在进一步的实施例中，两所述中间馈线3轴对称设置，两所述中间馈线3间的中点到所述辐射贴片1的中心点在所述第二基板2b上的投影点之间的连线为两所述中间馈线3的对称轴。

两中间馈线3轴对称设置，对称轴为两中间馈线3间的中点到辐射贴片1的中心点在第二基板2b上的投影点之间的连线，由于每一中间馈线3与第一馈线4a与第二馈线4b对应设置，因此两第一馈线4a亦关于该对称轴对称，两第二馈线4b关于该对称轴对称，从而形成两关于该对称轴对称的耦合馈线结构，这种对称的耦合馈线结构更有利于产生相位、频次相同的耦合场，提高两第一耦合场相互耦合的特性，从而更加有利于抑制滤波天线中不对称结构产生的高频电磁信号，即，有利于提高滤波天线的谐振抑制效果。

第一基板2a与第二基板2b上可仅设置两关于上述对称轴对称设置的两第一馈线4a，每一第一馈线4a对应于一个中间馈线3设置形成耦合馈线结构，此时，滤波天线具备一个传输零点。或，在一可选实施例中，所述第一基板2a与第二基板2b可设置有两第一馈线4a以及两第二馈线4b，每一所述中间馈线3分别对应设置有第一馈线4a以及第二馈线4b，且所述第一馈线4a与所述第二馈线4b沿所述对称轴长度方向分别位于所述中间馈线3的两侧。此时，两第一馈线4a关于上述对称轴对称，两第二馈线4b关于上述对称轴对称，形成两耦合馈线结构，每一耦合馈线结构具有第一馈线4a以及第二馈线4b。本实施例中，同一耦合馈线结构内，中间馈线3距第一馈线4a以及第二馈线4b的距离一致，这种结构下的两耦合馈线结构分别产生的第一耦合场与第二耦合场相互耦合后会存在两个传输零点，从而能够提高滤波天线的滤波性能，使滤波天线能够对两种频段的电磁信号存在滤波效果，如，既能对高频信号滤波，又能对低频信号滤波。由于传输零点的频点位置可通过改变第一馈线4a和/或第二馈线4b的长度调节，因此，每一滤波天线的滤波频段能够通过改变第一馈线4a和/或第二馈线4b的长度调节。

传输零点的频点位置与第一馈线4a与第二馈线4b的长度成反比，即，第一馈线4a与第二馈线4b的长度越长，传输零点的频点位置越低，第一馈线4a与第二馈线4b的长度越短，传输零点的频点位置越高，因此，作为一种实施例，所述第一馈线4a的长度小于所述第二馈线4b的长度，以使受第一馈线4a影响的传输零点具备高于工作带宽的频点，受第二馈线4b影响的传输零点具备低于工作带宽的频点，保证滤波天线既能对高频信号滤波，又能对低频信号滤波。

作为一种实施例，两所述第一馈线4a与所述接地板的短接点关于所述对称轴对称，两所述第二馈线4b与所述接地板的短接点关于所述对称轴对称，以保证两第一馈线4a接入到电路中的长度一致，两第二馈线4b接入到电路中的长度一致，保证两第一耦合场等幅同相，从而对辐射贴片1产生良好的激发效果，并有利于抑制不对称结构产生的电磁信号。

此外，短接点的接入位置与滤波天线能够抑制的频点模次直接相关，在一实施例中，辐射贴片1在所述第二基板2b上的投影覆盖所述短接点。经过实验证明，TM31模在上述对称轴的位置电场强度达到最大，因此，将短接点设置在靠近对称轴的位置有利于抑制TM31模。

所述滤波天线还包括微带线，所述微带线为对称结构，且所述微带线关于所述对称轴对称地向两所述中间馈线3馈电。

微带线用于对中间馈线3馈电，为保证两耦合馈线结构产生的第一耦合场等幅同相，微带线关于上述对称轴对称，使得微带线在对称轴两侧具备相同的结构。微带线包括第一传输部8a以及第二传输部8b，所述第一传输部8a连接所述第二传输部8b的中间位置，构成T形微带线，所述第二传输部8b的两端通过探针5与两所述中间馈线3连接形成两馈电点7，两所述馈电点7关于所述对称轴对称，从而分别传输到两中间馈线3的微带线阻抗相同，保证进入到两中间馈线3的信号相同，使两第一耦合场等幅同相。可以理解的，调节微带线的长度和/或宽度可调节阻抗匹配，因此，调节微带线的长度和/或宽度也可以达到调节滤波天线的工作带宽的目的。

作为一种实施例，所述对称轴从所述圆形贴片的圆心穿过，两所述中间馈线3到所述对称轴具有共同的垂足，所述垂足在所述圆形贴片上的投影点位于所述圆形贴片直径的四分之一处，这种结构能够激励出TM11模，且激励点在TM02模和TM12模的电壁处，所以能充分抑制TM02模和TM12模，同时，在这种结构下，TM21模是等幅反相的场，因此，也能够抑制TM21模。

在较佳实施例中，结合图2，滤波天线的名结构尺寸如下：l1＝5mm,w1＝4.6mm,l2＝5mm,w2＝1.2mm,l3＝51mm,w3＝4mm,l4＝6mm,w4＝1.4mm,l5＝11.5mm,w5＝0.5mm,l6＝15mm,w6＝0.3mm,l7＝9.7mm,w7＝0.6mm,l8＝16.7mm,w9＝2.4mm,R1＝20.5mm，h1＝3mm,h2＝1.5mm,h3＝1.5mm。

图3所示的是滤波天线随频率变化的反射系数图，可以发现，天线在2.43-2.70G这个工作频段内匹配良好，反射系数小于-10dB。

附图4是该滤波天线的增益随频率变化特性图，可见，该天线在频段内的辐射增益稳定，并且在工作频段两端有着明显的滤波特性。

附图5(a)和(b)分别是天线在频段内两个工作频点的E面和H面的方向图，可见，在上述两个观察平面内，滤波天线在整个工作带宽内的主波束非常吻合，波束宽度和增益极其接近。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims

1.一种滤波天线，其特征在于，所述滤波天线包括：

依次叠设的第一基板、第二基板及第三基板；

接地板，所述接地板设置于所述第二基板与第三基板之间，且所述第一馈线以及第二馈线均与所述接地板短接；

2.根据权利要求1所述的滤波天线，其特征在于，两组所述耦合馈线结构轴对称设置，所述辐射贴片的中点在所述第二基板上的投影点到两所述中间馈线间的中点之间的连线为两所述中间馈线的对称轴，两所述第一馈线关于所述对称轴对称，且两所述第二馈线关于所述对称轴对称。

3.根据权利要求2所述的滤波天线，其特征在于，所述第一馈线的长度小于所述第二馈线的长度。

4.根据权利要求2所述的滤波天线，其特征在于，两所述第一馈线与所述接地板的短接点关于所述对称轴对称，两所述第二馈线与所述接地板的短接点关于所述对称轴对称。

5.根据权利要求4所述的滤波天线，其特征在于，所述辐射贴片在所述第二基板上的投影覆盖所述短接点。

6.根据权利要求2所述的滤波天线，其特征在于，所述微带线为对称结构，且所述微带线关于所述对称轴对称地向两所述中间馈线馈电。

7.根据权利要求6所述的滤波天线，其特征在于，所述微带线包括第一传输部以及第二传输部，所述第一传输部连接所述第二传输部的中间位置，所述第二传输部的两端通过探针与两所述中间馈线连接形成两馈电点，两所述馈电点关于所述对称轴对称。

8.根据权利要求2-7任一项所述的滤波天线，其特征在于，所述辐射贴片为圆形贴片。

9.根据权利要求8所述的滤波天线，其特征在于，所述对称轴从所述圆形贴片的圆心穿过，两所述中间馈线到所述对称轴具有共同的垂足，所述垂足在所述圆形贴片上的投影点位于所述圆形贴片直径的四分之一处。

10.根据权利要求1所述的滤波天线，其特征在于，所述第一馈线与所述第二馈线均与所述接地板通过短接探针短接，所述短接探针为实心金属轴或空心金属管，所述第二基板上开设通孔以供所述短接探针穿过。