CN112072230A - 一种基于开路枝节加载sir的双频微带滤波天线 - Google Patents

一种基于开路枝节加载sir的双频微带滤波天线 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于开路枝节加载SIR的双频微带滤波天线，属于无线通信领域，包括双频微带带通滤波器和双频天线；双频微带带通滤波器基于λg/2型阶梯阻抗谐振器SIR，包括形状相同，呈中心对称的两个U型结构，由两个L型结构的短边连接组成对称中心为第一U型结构的其中一个L型结构的长边中心外侧，在另一个L型结构长边外侧设有T型结构；在所述两个L型结构的短边连接处，向长边方向延伸设置有延伸部；双频天线包括长枝节和短枝节，均为倒L型天线，所述短枝节的长边连接在长枝节的短边外侧，且长枝节与短枝节的短边指向相反；所述长枝节的短边通过耦合线与所述第二U型结构的其中一条L型结构长边耦合。

Description

一种基于开路枝节加载SIR的双频微带滤波天线
技术领域
本发明属于无线通信领域，涉及一种基于开路枝节加载SIR的双频微带滤波天线。
背景技术
在传统的通信系统设计中，滤波器和天线通常被单独设计，当天线与滤波器级联时，往往需要附加额外的阻抗匹配网络，这种传统设计方法不仅增加了损耗，而且对设备小型化趋势来说是一个挑战，在提高系统整体的通信性能方面存在着很大的局限性。针对天线体积大、高损耗等问题，将滤波器和天线进行综合设计成具有滤波功能的滤波天线成为了一种新思路。
滤波天线主要有三种设计方法：(1)直接级联法：将设计好的滤波器和天线直接进行级联，然后通过调整参数实现二者匹配；(2)综合设计法：从传统天线出发，省去传统的滤波器结构，通过增加金属过孔或蚀刻特定缝隙等方法来改变天线的传输模式以此改变天线结构，形成滤波天线；(3)在设计好的专用微带滤波器基础上进一步去设计天线，使滤波器和天线融为一体成为滤波天线。
第(1)种滤波天线设计方法最简单，天线整体体积较大，传输损耗也相对较大，整体性能一般，尺寸缩减困难，不易实现小型化；第(2)种滤波天线设计方法，虽然能使天线具有优良的特性，但是结构最为复杂，采用多层复杂的层叠结构，使用多种特殊材料，工艺要求较高，制作成本较高。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于开路枝节加载SIR的双频微带滤波天线，解决传统滤波器与天线级联需要附加匹配网络的问题。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种基于开路枝节加载SIR的双频微带滤波天线，包括双频微带带通滤波器和双频天线；
所述双频微带带通滤波器基于λg/2型阶梯阻抗谐振器SIR，包括形状相同，呈中心对称的第一U型结构和第二U型结构；所述的U型结构由两个L型结构的短边连接组成，所述的两个U型结构的对称中心为第一U型结构的其中一个L型结构的长边中心外侧，在所述第一U型结构的另一个L型结构长边外侧设有T型结构，所述T型结构的横边与所述第一U型结构的另一个L型结构的长边相对设置；在所述两个L型结构的短边连接处，向长边方向延伸设置有延伸部；
所述双频天线包括长枝节和短枝节，均为倒L型天线，所述短枝节的长边连接在长枝节的短边外侧，且长枝节与短枝节的短边指向相反；所述长枝节的短边通过耦合线与所述第二U型结构的其中一条L型结构长边耦合。
进一步，所述T型结构的横边长度与L型结构的长边长度相同；所述T型结构的竖边宽度与L型结构的长边宽度相同。
进一步，所述延伸部为长2.37mm，宽1.2mm的矩形结构。
进一步，所述长枝节和短枝节的宽度相同。
进一步，所述双频微带带通滤波器与双频天线工作在WLAN的2.4GHz和5.2GHz两个频段。
进一步，所述短枝节的长边长度为6.7mm，短边长度为3.1mm，宽1.3mm；所述长枝节长边长度为16.4mm，宽1.3mm。
进一步，所述第一U型结构与第二U型结构之间设有0.9mm间隔，所述T型结构与L型结构之间设有0.1mm间隔。
进一步，所述耦合线一端有向L型结构方向延伸的拐角，用于增加耦合度。
进一步，所述双频天线设置在FR4两层结构介质基板上。
本发明的有益效果在于：本发明利用传统的λg/2型SIR，通过在谐振器中心加载开路枝节形成双模谐振器，并由邻近缝隙耦合馈电引入传输零点，设计出一款双频滤波器。在此滤波器基础上，采用邻近耦合方式作为滤波器的第三阶谐振器，实现双频滤波天线的设计。本发明使用传统FR4两层结构作为介质基板，简化了天线结构，降低了制作成本。本发明利用简单结构和低成本材料实现双频滤波天线的滤波性能和辐射性能，具有小型化、结构简单、成本低等优点。
本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：
图1为本发明所述双频微带带通滤波器结构示意图；
图2为本发明所述双频天线结构示意图；
图3为本发明所述开路枝节加载SIR的双频微带滤波天线结构示意图；
图4为双频微带带通滤波器S11参数图；
图5为双频微带滤波天线2.45GHz处E面图和H面图；
图6为双频微带滤波天线5.2GHz处E面图和H面图；
图7为双频微带滤波天线S11(回波损耗)图；
图8为双频微带滤波天线增益图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本发明的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
如图1-3所示，为一种基于开路枝节加载SIR的单双频微带滤波天线，包括双频微带带通滤波器和双频天线；
所述双频微带带通滤波器基于λg/2型阶梯阻抗谐振器SIR，包括形状相同，呈中心对称的第一U型结构和第二U型结构；所述的U型结构由两个L型结构的短边连接组成，L型结构的长边W5为17.2mm，宽L5为1.2mm，所述的两个U型结构的对称中心为第一U型结构的其中一个L型结构的长边中心外侧，在所述第一U型结构的另一个L型结构长边外侧设有T型结构，所述T型结构的横边与所述第一U型结构的另一个L型结构的长边相对设置；在所述两个L型结构的短边连接处，向长边方向延伸设置有延伸部；所述延伸部为长2.37mm，宽1.2mm的矩形结构。
所述双频天线包括长枝节和短枝节，均为倒L型天线，所述短枝节的长边连接在长枝节的短边外侧，且长枝节与短枝节的短边指向相反；所述长枝节的短边通过耦合线与所述第二U型结构的其中一条L型结构长边耦合。
所述T型结构的横边长度与L型结构的长边长度相同；所述T型结构的竖边宽度与L型结构的长边宽度相同。所述长枝节和短枝节的宽度相同。
所述双频微带带通滤波器与双频天线工作在WLAN的2.4GHz和5.2GHz两个频段。
所述第一U型结构与第二U型结构之间设有0.9mm间隔，所述T型结构与L型结构之间设有0.1mm间隔。
所述双频天线设置在FR4两层结构介质基板上。
连接双频天线的T型结构的横边一端向L型结构方向延伸，延伸长度L6为1.8mm，延伸宽度W6为0.5mm。
所述双频微带滤波天线各部分的长度如表1所示单位为(mm)。
表1
L1 L2 L3 L4 L5
3.9mm 0.5mm 7.8mm 1.2mm 1.2mm
L6 L7 L8 W1 W2
1.8mm 3.9mm 3.1mm 1.52mm 4.7mm
W3 W4 W5 W6 W7
0.5mm 2.37mm 17.2mm 0.5mm 17.85mm
W8 W9 W10 g g1
6.7mm 16.4mm 1.3mm 0.1mm 0.9mm
其中，所述双频微带带通滤波器U型内侧延伸部为长2.37mm，宽1.2mm的矩形结构，所述双频天线尺寸短枝节的横向部长度为6.7mm，竖直部为长3.1mm，宽1.3mm的矩形结构；长枝节横向部为长16.4mm，宽1.3mm的矩形结构。
本发明的双频微带带通滤波器尺寸小、结构简单。双频微带带通滤波器的主要参数指标为S11(回波损耗)和S21(插入损耗)，具体S参数图如图4所示；从图4中可以得出该滤波器的低通带中心频点为2.45GHz，带宽为200MHz，即工作频带为2.35-2.55GHz，3dB相对带宽为8.2％，中心频率的最小插入损耗为0.96dB，最小反射系数为-25.8dB；高通带的中心频率点为5.2GHz，带宽为230MHz，即工作频带为5.13-5.36GHz，3dB相对带宽为4.4％，中心频率的最小插入损耗为1.16dB，最小反射系数为-18.6dB。该滤波器的通带覆盖了WLAN的2.4GHz和5.2GHz频带。该双频微带带通滤波器的尺寸仅为25.0mm*23.7mm。
集成后的双频微带滤波天线2.45GHz处E面图和H面图如图5所示，5.2GHz处E面图和H面图如图6所示。从图5和图6可以看出，该滤波天线具有全向性。
滤波天线重要的两个指标为S11(回波损耗)和增益，S11效果图如图7所示，增益效果图如图8所示。从图7和图8可以看出，滤波天线有两个工作频段，双频滤波天线低频带的中心频率为2.45GHz，截止频率分别为2.39GHz和2.49GHz，带宽为100MHz，即工作频带为2.39-2.49GHz，带宽为4.2％，最小反射系数为-14.7dB，增益为3.5dBi；高通带的中心频率为5.2GHz，截止频率分别为5.11GHz和5.36GHz，带宽为250MHz，即工作频带为5.11-5.36GHz，带宽为4.8％，最小反射系数为-18.7dB，增益为2.7dBi。天线尺寸仅为29.2mm*28.7mm，使用FR4材料，厚度为1.6mm的介质板进行加工制作。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (9)

1.一种基于开路枝节加载SIR的双频微带滤波天线，其特征在于：包括双频微带带通滤波器和双频天线；
所述双频微带带通滤波器基于λg/2型阶梯阻抗谐振器SIR，包括形状相同，呈中心对称的第一U型结构和第二U型结构；所述的U型结构由两个L型结构的短边连接组成，所述的两个U型结构的对称中心为第一U型结构的其中一个L型结构的长边中心外侧，在所述第一U型结构的另一个L型结构长边外侧设有T型结构，所述T型结构的横边与所述第一U型结构的另一个L型结构的长边相对设置；在所述两个L型结构的短边连接处，向长边方向延伸设置有延伸部；
所述双频天线包括长枝节和短枝节，均为倒L型天线，所述短枝节的长边连接在长枝节的短边外侧，且长枝节与短枝节的短边指向相反；所述长枝节的短边通过耦合线与所述第二U型结构的其中一条L型结构长边耦合。
2.根据权利要求1所述的基于开路枝节加载SIR的双频微带滤波天线，其特征在于：所述T型结构的横边长度与L型结构的长边长度相同；所述T型结构的竖边宽度与L型结构的长边宽度相同。
3.根据权利要求1所述的基于开路枝节加载SIR的双频微带滤波天线，其特征在于：所述延伸部为长2.37mm，宽1.2mm的矩形结构。
4.根据权利要求1所述的基于开路枝节加载SIR的双频微带滤波天线，其特征在于：所述长枝节和短枝节的宽度相同。
5.根据权利要求1所述的基于开路枝节加载SIR的双频微带滤波天线，其特征在于：所述双频微带带通滤波器与双频天线工作在WLAN的2.4GHz和5.2GHz两个频段。
6.根据权利要求1所述的基于开路枝节加载SIR的双频微带滤波天线，其特征在于：所述短枝节的长边长度为6.7mm，短边长度为3.1mm，宽1.3mm；所述长枝节长边长度为16.4mm，宽1.3mm。
7.根据权利要求1所述的基于开路枝节加载SIR的双频微带滤波天线，其特征在于：所述第一U型结构与第二U型结构之间设有0.9mm间隔，所述T型结构与L型结构之间设有0.1mm间隔。
8.根据权利要求1所述的基于开路枝节加载SIR的双频微带滤波天线，其特征在于：所述耦合线一端有向L型结构方向延伸的拐角，用于增加耦合度。
9.根据权利要求1所述的基于开路枝节加载SIR的双频微带滤波天线，其特征在于：所述双频天线设置在FR4两层结构介质基板上。
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