CN111883915B - 宽带磁电偶极子滤波天线 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种宽带磁电偶极子滤波天线，分别将一对水平放置、一对垂直接地的贴片作为电偶极子、磁偶极子，将水平和垂直贴片边缘相接构成磁电偶极子天线，将铜条折成Γ型置于短路贴片间构成馈线，信号经地板上的SMA传至馈线并耦合到水平和垂直贴片，通过在馈线垂直部分间加载并联枝节增强天线阻抗匹配，提高相对带宽及通带的边缘选择性，通过在馈线垂直长端加载开路枝节在带外高频处引入辐射零点，通过在水平贴片上开矩形槽改变贴片表面电流流向，在带外高频处引入辐射零点，有效抑制高次谐波，增强天线的带外抑制水平。本发明在保证稳定辐射方向图、宽带宽、低后瓣辐射、低交叉极化的前提下提高了天线带外的抑制水平，适用于现代无线通信系统。

Description

宽带磁电偶极子滤波天线

技术领域

本发明涉及射频通信领域，特别涉及一种宽带磁电偶极子滤波天线。

背景技术

近年来无线通信技术飞速发展，电子系统向低功耗、多功能、集成化方向发展。对应于这种趋势，具有指定辐射功能和良好的频率选择性的滤波天线已经受到越来越多的关注。2006年，Kwai-Man Luk设计了一种互补型天线，利用磁偶极子和电偶极子的对偶性将其正交放置，从而使天线在E面和H面获得了几乎一致的方向图，这种天线具有稳定的辐射方向图、宽带宽、低后瓣辐射、低交叉极化、工作频带内稳定的增益等效果，但这种天线的带外抑制水平还有待提高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种宽带磁电偶极子滤波天线，旨在解决现有的磁电偶极子无法具备良好的带外抑制水平的问题。

实现本发明目的的技术解决方案为：宽带磁电偶极子滤波天线，所述天线包括金属地板，以及在金属地板上对称设置的一对磁电偶极子，磁电偶极子之间设置馈线；还包括SMA连接器，其穿过所述金属地板与馈线相连。

进一步地，每个所述磁电偶极子均包括边缘相接且互相垂直的水平贴片和垂直短路贴片，垂直短路贴片固连在金属地板上，所述水平贴片与金属地板平行。

进一步地，所述贴片均为矩形结构，且每个所述水平贴片的一对平行边上对称开有一对矩形槽，用于改变贴片表面电流的路径，在带外高频处引入辐射零点，以抑制高次谐波，将带外的辐射抑制在0dB以下；所述一对平行边为水平贴片和垂直短路贴片相接边的相邻边。

进一步地，所述馈线为Γ型结构。

进一步地，所述Γ型馈线的垂直部分之间引入并联枝节，用于调节天线的阻抗匹配，以拓展天线的相对带宽。

进一步地，所述Γ型馈线上引入开路枝节，用于在带外高频处引入辐射零点。

本发明与现有技术相比，其显著优点为：1)通过在馈线垂直部分之间的并联枝节，增强了天线了阻抗匹配，将天线的相对带宽提高至77.3％，在通带两侧零点位置不变的情况下拓宽通带带宽，从而实现了良好的边缘选择性，具有带通滤波响应；2)通过在馈线垂直长端加载四分之一波长开路枝节在带外高频处引入辐射零点，抑制了高次谐波；3)通过在水平矩形贴片上开四个矩形槽来改变贴片表面电流的流向，在带外高频处引入辐射零点，有效地抑制了高次谐波，增强了天线的带外抑制水平，0dB以下抑制范围超过了三倍频；4)本发明具有宽带宽，高增益，低后半辐射，交叉极化低，高滚降的边缘滤波效果等特点，在通带内方向图稳定，且具有良好的带外抑制水平。

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

附图说明

图1为一个实施例中宽带磁电偶极子滤波天线的结构立体图。

图2为一个实施例中宽带磁电偶极子滤波天线的结构俯视图。

图3为一个实施例中宽带磁电偶极子滤波天线的结构主视图。

图4为一个实施例中馈线的结构立体图。

图5为一个实施例中反射系数S11的仿真结果图。

图6为一个实施例中实际增益的仿真结果图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部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，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“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。

在一个实施例中，结合图1至图4，提供了一种宽带磁电偶极子滤波天线，所述天线包括金属地板3，以及在金属地板3上对称设置的一对磁电偶极子，磁电偶极子之间设置馈线4；还包括SMA连接器7，其穿过所述金属地板3与馈线4相连。

进一步地，在其中一个实施例中，每个所述磁电偶极子均包括边缘相接且互相垂直的水平贴片1和垂直短路贴片2，垂直短路贴片2固连在金属地板3上，所述水平贴片1与金属地板3平行。一对水平贴片作为电偶极子，一对垂直贴片作为磁偶极子。

进一步地，在其中一个实施例中，所述垂直短路贴片2通过连接贴片8固连在金属地板3上。连接贴片8通过螺钉9固连在金属地板3上。

进一步地，在其中一个实施例中，所述贴片均为矩形结构，且每个所述水平贴片1的一对平行边上对称开有一对矩形槽，用于改变贴片1表面电流的路径，在带外高频处引入辐射零点，以抑制高次谐波，将带外的辐射抑制在0dB以下。

这里，也可以为其他形状的槽。

这里优选地，所述一对平行边为水平贴片1和垂直短路贴片2相接边的相邻边。

进一步优选地，在其中一个实施例中，所述馈线4为Γ型结构。

这里优选地，在其中一个实施例中，所述馈线4的材料为铜。

进一步地，在其中一个实施例中，所述Γ型馈线4的垂直部分之间引入并联枝节6，用于调节天线的阻抗匹配，以拓展天线的相对带宽以及改善天线通带的边缘选择性。

进一步地，在其中一个实施例中，所述Γ型馈线4上引入开路枝节5，用于在带外高频处引入辐射零点。

这里优选地，在其中一个实施例中，所述开路枝节5的长度为辐射零点对应的频率所对应的波长的四分之一。

这里优选地，在其中一个实施例中，所述开路枝节5位于Γ型馈线4较长的垂直部分上。

作为一种具体示例，对本发明宽带磁电偶极子滤波天线进行进一步验证说明。本实施例基于贴片天线的宽带磁电偶极子滤波天线，所采用的金属地板、贴片和馈线的材质均为铜，贴片和地板的厚度均为1mm，馈线和馈线上所引入枝节的厚度均为0.5mm，参照图2至图4，宽带磁电偶极子滤波天线的各尺寸参数如下：

水平贴片宽为W＝60mm、矩形槽长为W1＝9mm、槽距离贴片两侧边缘均为L1＝12mm、槽宽为L2＝5mm、连接贴片宽为L3＝9mm、垂直短路贴片高为H＝29mm、并联枝节距离馈线水平部分的长度为H1＝2.5mm、四分之一波长开路枝节距离馈线水平部分的长度为H2＝12mm、四分之一波长开路枝节长为H3＝11.9mm、四分之一波长开路枝节宽为H4＝1mm、垂直短路贴片直接距离为S＝13mm、正方形地板边长Gl＝150mm、馈线水平部分长度为a＝9mm、馈线垂直短边长度为b＝28.5mm、馈线垂直长边距离较近的垂直短路贴片距离为c＝2mm、馈线水平部分宽为d＝4.43mm，金属螺丝直径为r＝1mm。

本实施例在电磁仿真软件，例如HFSS.18软件中进行建模仿真，S11仿真图如图5所示，实际增益仿真图如图6所示。

由图5至图6可知，该宽带磁电偶极子天线的中心频率2.2GHz,相对带宽为77.3％，在1.42至3.19GHz频带内，天线的最大增益达到8.19dBi，且带内增益平坦，在通带两侧分别产生了两个辐射零点，在工作频带以外，天线的谐波抑制在0dB以下，实现了良好的带通滤波功能。

综上所述，本发明基于贴片天线的宽带磁电偶极子滤波天线，在保证稳定辐射方向图、宽带宽、低后瓣辐射、低交叉极化的前提下提高了天线带外的抑制水平，非常适用于现代无线通信系统。

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，凡是在本发明的发明构思下，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 (6)

1.宽带磁电偶极子滤波天线，其特征在于，所述天线包括金属地板(3)，以及在金属地板(3)上对称设置的一对磁电偶极子，磁电偶极子之间设置馈线(4)；还包括SMA连接器(7)，其穿过所述金属地板(3)与馈线(4)相连；

所述馈线(4)为Γ型结构，所述Γ型馈线(4)的垂直部分之间引入并联枝节(6)，用于调节天线的阻抗匹配，以拓展天线的相对带宽；并联枝节(6)与Γ型馈线(4)两侧的垂直部分均连接；

每个所述磁电偶极子均包括边缘相接且互相垂直的水平贴片(1)和垂直短路贴片(2)，垂直短路贴片(2)固连在金属地板(3)上，所述水平贴片(1)与金属地板(3)平行；

所述水平贴片(1)和垂直短路贴片(2)均为矩形结构，且每个所述水平贴片(1)的一对平行边上对称开有一对矩形槽，用于改变水平贴片(1)表面电流的路径，在带外高频处引入辐射零点，以抑制高次谐波，将带外的辐射抑制在0dB以下；所述一对平行边为水平贴片(1)和垂直短路贴片(2)相接边的相邻边。

2.根据权利要求1所述的宽带磁电偶极子滤波天线，其特征在于，所述垂直短路贴片(2)通过连接贴片(8)固连在金属地板(3)上。

3.根据权利要求1所述的宽带磁电偶极子滤波天线，其特征在于，所述馈线(4)的材料为铜。

4.根据权利要求1所述的宽带磁电偶极子滤波天线，其特征在于，所述Γ型馈线(4)上引入开路枝节(5)，用于在带外高频处引入辐射零点。

5.根据权利要求4所述的宽带磁电偶极子滤波天线，其特征在于，所述开路枝节(5)的长度为辐射零点对应的频率所对应的波长的四分之一。

6.根据权利要求5所述的宽带磁电偶极子滤波天线，其特征在于，所述开路枝节(5)位于Γ型馈线(4)较长的垂直部分上。

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