CN111786130A - 一种无巴伦的平面准八木滤波天线 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种无巴伦的平面准八木滤波天线，包括第一介质基板和第二介质基板，第一介质基板位于第二介质基板上方；第一介质基板的上表面设置有引向器、两个偶极子辐射贴片和反射器，该两个偶极子辐射贴片位于引向器和反射器之间，通过引向器和反射器的辐射作用使得两个偶极子辐射贴片能够产生端射方向的辐射；第二介质基板的上表面设置有阶跃阻抗谐振器，其下表面设置有金属地板，阶跃阻抗谐振器由穿过第二介质基板和金属地板的同轴探针进行馈电，通过阶跃阻抗谐振器耦合激励第一介质基板上的引向器、两个偶极子辐射贴片和反射器。本发明具有较好的端射特性和滤波功能，带内增益稳定，且有较好的带外抑制水平，结构简单，面积小。

Description

一种无巴伦的平面准八木滤波天线
技术领域
本发明涉及滤波天线的技术领域，尤其是指一种无巴伦的平面准八木滤波天线。
背景技术
在无线通信系统中，随着5G通信开始商用，对天线的性能要求越来越高，小型化天线受到越来越多的关注，而对于滤波器和天线集成化一体设计，也使得滤波天线广泛的应用起来；微带准八木天线具有增益高、抗干扰能力、定向辐射的特点。而在现有的准八木滤波天线中，主要是对一个有源偶极子进行激励，需要巴伦结构来进行平衡-不平衡之间的转换；并且存在有些天线的滤波功能主要是通过添加带通/带阻特性的滤波结构单元来实现，这些都使得天线结构比较复杂。通过将准八木天线的端射性能和滤波天线的滤波特性结合起来，设计一种无巴伦的平面准八木滤波天线十分具有研究意义。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提出了一种简单可靠的无巴伦的平面准八木滤波天线，通过耦合激励各辐射单元，并利用各单元谐振本身所具有的滤波特性，使得天线具有较好的端射特性和滤波功能，其结构简单，无需传统准八木滤波天线的巴伦结构，来起到平衡-不平衡之间的转换作用，易于集成和小型化，在其工作频段范围内具有较高且平坦的增益，带外抑制水平较好，具有结构简单、面积小、成本低等优点。
为实现上述目的，本发明所提供的技术方案为：一种无巴伦的平面准八木滤波天线，包括两个介质基板，分别为第一介质基板和第二介质基板，所述第一介质基板位于第二介质基板上方；所述第一介质基板的上表面设置有引向器、两个偶极子辐射贴片和反射器，该两个偶极子辐射贴片位于引向器和反射器之间，通过引向器和反射器的辐射作用使得两个偶极子辐射贴片能够产生端射方向的辐射；所述第二介质基板的上表面设置有阶跃阻抗谐振器，其下表面设置有金属地板，所述阶跃阻抗谐振器由穿过第二介质基板和金属地板的同轴探针进行馈电，通过阶跃阻抗谐振器耦合激励第一介质基板上的引向器、两个偶极子辐射贴片和反射器。
进一步，所述阶跃阻抗谐振器为E型阶跃阻抗谐振器。
本发明与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：
1、与已有的准八木滤波天线相比，本发明天线通过耦合激励辐射单元，无需传统准八木天线的巴伦结构，来起到平衡-不平衡之间的转换作用，得以实现了一种无需巴伦的准八木滤波天线。
2、与已有的准八木滤波天线相比，本发明天线的馈电部分和各辐射单元都可以为谐振器结构单元，其利用谐振器本身所具有滤波特性，实现了滤波功能。
3、与已有的准八木滤波天线相比，由于交叉耦合结构的作用，使得本发明天线产生辐射零点，具有更好的带外抑制水平，根据电磁仿真的结果来看，带外抑制水平为18dB左右，且具有稳定的带内增益，约为6dBi左右，可应用于5G通信中的sub-6GHz(3.4-3.6GHz)、WiMAX(3.5GHz)等频段。
4、与已有的准八木滤波天线相比，本发明天线设计结构简单，面积小，易加工，而且成本低。
附图说明
图1为本发明天线的侧视图。
图2为第一介质基板的俯视图。
图3为第二介质基板的俯视图。
图4为第二介质基板的仰视图。
图5为本发明天线HFSS仿真的S11曲线图。
图6为本发明天线HFSS仿真的增益曲线图。
图7为本发明天线HFSS仿真在3.5GHz时的主平面辐射方向图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
参见图1至图4所示，本实施例所提供的无巴伦的平面准八木滤波天线，包括两个介质基板，分别为第一介质基板a和第二介质基板b，所述第一介质基板a位于第二介质基板b上方，所述第一介质基板a的上表面设置有引向器1、两个偶极子辐射贴片2、3和反射器4，该两个偶极子辐射贴片2、3位于引向器1和反射器4之间，通过引向器1和反射器4的辐射作用使得两个偶极子辐射贴片2、3能够产生端射方向的辐射；所述第二介质基板b的上表面设置有E型阶跃阻抗谐振器5，其下表面设置有金属地板6(被蚀刻了两个矩形槽，其具有提高天线端射方向增益的作用)，所述E型阶跃阻抗谐振器5由穿过第二介质基板b和金属地板6的同轴探针7进行馈电，并通过第一介质基板a和第二介质基板b之间的空气层耦合激励第一介质基板a上的引向器1、两个偶极子辐射贴片2、3和反射器4。
在本实施例，由于天线的馈电部分和各辐射单元都可以为谐振器结构单元，其利用谐振器本身的滤波特性，使得本天线具有滤波功能。第一介质基板a和第二介质基板b的材料是RO4003C，其相对介电常数为3.38，损耗角正切为0.0027，其加工工艺成熟，成本低，成品率高，制作过程简单，可以满足准八木滤波天线低造价的要求。
在本实施例，天线的总体尺寸为40*40*3.548mm3。通过HFSS软件对本实施例的无巴伦平面准八木滤波天线进行了验证仿真。如图5所示，给出了该天线在2-5GHz频率范围内的S11参数(输入端口回波损耗)仿真结果的曲线；可以看到S11≤-10dB的频段为3.25～3.78GHz，相对带宽为15.08％。如图6所示，给出了正x轴端射方向上的增益仿真曲线，其最大增益为6.5dBi，带外抑制水平可达18dB。如图7所示，给出了在3.5GHz时的主平面辐射方向图，从图7可知该天线具有端射性能。因此，仿真结果表明本发明的无巴伦的平面准八木滤波天线具有较好的端射特性和滤波功能，带内增益稳定，且有较好的带外抑制水平，结构简单，面积小，能够满足应用于现5G通信中的sub-6GHz(3.4-3.6GHz)、WiMAX(3.5GHz)等频段的要求，值得推广。
以上所述实施例只为本发明之较佳实施例，并非以此限制本发明的实施范围，故凡依本发明之形状、原理所作的变化，均应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (2)

1.一种无巴伦的平面准八木滤波天线，包括两个介质基板，分别为第一介质基板和第二介质基板，所述第一介质基板位于第二介质基板上方；其特征在于：所述第一介质基板的上表面设置有引向器、两个偶极子辐射贴片和反射器，该两个偶极子辐射贴片位于引向器和反射器之间，通过引向器和反射器的辐射作用使得两个偶极子辐射贴片能够产生端射方向的辐射；所述第二介质基板的上表面设置有阶跃阻抗谐振器，其下表面设置有金属地板，所述阶跃阻抗谐振器由穿过第二介质基板和金属地板的同轴探针进行馈电，通过阶跃阻抗谐振器耦合激励第一介质基板上的引向器、两个偶极子辐射贴片和反射器。
2.根据权利要求1所述的一种无巴伦的平面准八木滤波天线，其特征在于：所述阶跃阻抗谐振器为E型阶跃阻抗谐振器。
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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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