CN112164886A - 基于槽线馈电枝节的宽带滤波全向天线 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于槽线馈电枝节的宽带滤波全向天线，包括中间层介质基板、位于介质基板顶层的微带馈电线和偶极子辐射贴片、底层的金属接地板；所述金属接地板上开有缝隙结构，所述缝隙结构包括十字形缝隙和与十字形缝隙的横向缝隙连接的四个槽线枝节，所述偶极子辐射贴片由微带线连接的两块矩形金属贴片构成；所述微带馈电线在偶极子辐射贴片的下方。本发明通过引入槽线枝节，实现了宽带滤波的效果，设计简单，结构紧凑，且具有良好的频率选择性和带外抑制，以及全向辐射特性。

Description

基于槽线馈电枝节的宽带滤波全向天线
技术领域
本发明涉及宽带滤波天线技术，具体涉及一种基于槽线馈电枝节的宽带滤波全向天线。
背景技术
随着无线通信系统的快速发展，器件小型化、系统小型化是未来重要的发展趋势，其中器件集成是小型化设计的一个理想选择。天线和滤波器是射频前端的两个关键部件，对其进行一体化设计，研制新型的滤波天线，使其同时具有滤波器的滤波功能和天线的辐射特性，有利于缩小系统体积的大小，从而实现小型化。
近十年来，滤波天线的设计主要有两种方法，第一种是将天线充当耦合谐振器滤波器的最后一阶谐振器和负载，但该方法滤波器占据额外的电路尺寸，引入的插入损耗导致天线辐射性能降低；第二种是在天线的馈电网络处或天线辐射体本身进行特殊设计，引入辐射零点，可减小插入损耗带来的辐射性能降低。
全向天线由于其在某个平面具有均匀的辐射方向图，可进行大范围信号覆盖，被广泛应用于现代无线通信中。
2017年，Yao Zhang等人在论文《Low-Profile Planar Filtering DipoleAntenna With Omnidirectional Radiation Pattern》中创造性的引入U型微带线和I型缝，实现了滤波全向天线，但其带宽相对较小，调整尺寸获得宽带时，带内平坦性、边缘选择性有待进一步提高。2017年，Hao-Tao Hu等人在论文《Novel Broadband FilteringSlotline Antennas Excited by Multimode Resonators》中通过引入多模谐振器，实现了宽带滤波全向特性，但其全向特性不够均匀，带内性能不够平稳。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于槽线馈电枝节的宽带滤波全向天线。
实现本发明目的的技术方案为：一种基于槽线馈电枝节的宽带滤波全向天线，包括中间层介质基板、位于介质基板顶层的微带馈电线和偶极子辐射贴片、位于介质基板底层的金属接地板；
所述偶极子辐射贴片由微带线连接的两块矩形金属贴片构成，偶极子辐射贴片关于介质基板顶层竖向中线对称；
所述微带馈电线由50Ω微带线和直角形微带线组成；
所述金属接地板上开有缝隙结构，所述缝隙结构包括十字形缝隙和与十字形缝隙的横向缝隙连接的四个槽线枝节，所述缝隙结构关于介质基板底层竖向中线对称。
进一步的，所述十字形缝隙的横向缝隙位于竖向缝隙的中部，所述横向缝隙每端与两个长度不一样的弯折状的槽线枝节相连。
进一步的，所述十字形缝隙的竖向缝隙长度为工作中心频率的二分之一等效波长。
进一步的，所述四个槽线枝节位于偶极子辐射贴片与微带馈电线在金属接地板投影位置之间。
进一步的，50Ω微带线和直角形微带线在金属接地板投影位于竖向缝隙两边。
进一步的，金属接地板为矩形状。
进一步的，中间层介质基板为Rogers 6010，厚度为0.635mm，相对介电常数为10.8，损耗角正切为0.0023。
进一步的，所有缝隙和槽线枝节的宽度相同。
与现有技术相比，本发明的显著优点为：(1)该滤波全向天线通过缝隙耦合馈电，具有宽工作频带，相对带宽达到39.2％，带内存在四个谐振模式，频率选择性高，带内天线增益变化平稳，裙边滚降性好；(2)带宽可调，可根据实际需要调节槽线枝节的长度，以控制两个辐射零点的位置，且两个辐射零点的位置可分别独立调整；(3)该滤波全向天线具有低剖面和全向辐射特性，应用场合广泛；(4)该滤波全向天线整体结构简单，具有较小的尺寸，空间利用率高。
附图说明
图1是本发明宽带滤波全向天线的结构示意图。
图2是本发明宽带滤波全向天线的底层结构示意图。
图3是本发明宽带滤波全向天线的反射系数S11-频率响应图。
图4是本发明宽带滤波全向天线的增益-频率响应图。
图5是本发明宽带滤波全向天线上阻带增益零点与槽线枝节8、10长度关系的增益-频率响应图。
图6是本发明宽带滤波全向天线在4GHz的phi＝0deg的辐射方向图。
图7是本发明宽带滤波全向天线在4GHz的theta＝90deg的辐射方向图。
具体实施方式
结合图1，一种基于槽线馈电枝节的宽带滤波全向天线，包括中间层介质基板、位于介质基板顶层的微带馈电线和偶极子辐射贴片、位于介质基板底层的金属接地板；
所述偶极子辐射贴片由微带线3连接的两块金属矩形贴片4、5构成，沿介质基板顶层竖向中线对称放置；
所述微带馈电线由50Ω微带线1和直角形微带线2组成，调节直角形微带线2的长度和宽度可实现良好的阻抗匹配。
如图2，所述金属接地板12上开有缝隙结构，所述缝隙结构包括十字形缝隙和与十字形缝隙的横向缝隙7连接的四个槽线枝节8、9、10、11，所述缝隙结构关于介质基板底层竖向中线对称，这可减小馈电网络对偶极子辐射贴片的辐射性能影响。
如图1，所述偶极子辐射贴片由缝隙结构耦合馈电，所述缝隙结构由微带馈电线耦合馈电，四个槽线枝节8、9、10、11位于偶极子辐射贴片与微带馈电线在地板投影位置之间。
如图2，介质基板底层的金属接地板12为矩形状，横向缝隙7位于竖向缝隙6的中部，竖向缝隙6的长度为工作中心频率的二分之一等效波长。
如图2，横向缝隙7的左侧连接有两个长度不等的槽线枝节10、11，右侧连接有两个长度不等的槽线枝节8、9，为减少槽线枝节所占据的空间，槽线枝节8、9、10、11均进行弯曲折叠，弯曲的角度、折叠的次数可以是其它的选择，包括弧形弯曲及锯齿形折叠，均可实现天线的宽带滤波。通过调节槽线枝节的长度，可以分别在上边带与下边带各产生一个辐射零点。
下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步说明。
实施例
本实施例基于槽线馈电枝节的宽带滤波全向天线的结构如图1所示，中间层介质基板为Rogers 6010，厚度为0.635mm，相对介电常数为10.8，损耗角正切为0.0023。优化尺寸参数如下：50Ω微带线1的长度为6mm，宽度为0.5mm；直角形微带线2的两段长度依次为4mm、3.9mm，宽度为0.3mm；微带线3的长度为10.8mm，宽度为0.6mm；矩形偶极贴片4、5的长度为11.9mm，宽度为6mm；矩形金属接地板12的长度为32mm，宽度为12mm；竖向缝隙6的长度为20mm，横向缝隙7的长度为2.4mm，槽线枝节8、10的两段长度依次为2.7mm、1.5mm，槽线枝节9、11的三段长度依次为4.3mm、3mm、6mm，所有缝隙和槽线枝节的宽度均为0.2mm。
图3是本实施例中的基于槽线馈电枝节的宽带滤波全向天线的反射系数S11-频率响应图，由图3可知，通带边缘选择性良好，具有宽阻抗带宽，相对带宽为39.2％。
图4是本实施例中的基于槽线馈电枝节的宽带滤波全向天线的增益-频率响应图，由图可知，通带边缘存在两个辐射零点，具有良好的裙边滚降性，实现了明显的带外抑制和滤波效果。
图5是本实施例中的基于槽线馈电枝节的宽带滤波全向天线，其上阻带增益零点与槽线枝节8、10长度关系的增益-频率响应图，由图可知，调整增益零点的位置，可以改变通带带宽，同时仍然保持良好的带通滤波效果。
图6和图7是本实施例中的基于槽线馈电枝节的宽带滤波全向天线在4GHz的E面(phi＝0deg)、H面(theta＝90deg)的辐射方向图，表明该天线具有全向辐射特性。
本发明在满足滤波器和天线的集成设计的同时，较之以前的同类滤波全向天线，具有更宽的工作带宽，更平坦的带内性能，更好的通带选择性。相关结构尺寸易于调整，以满足不同实际情况所要求的工作频段，工作带宽。
以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于槽线馈电枝节的宽带滤波全向天线，其特征在于，包括中间层介质基板、位于介质基板顶层的微带馈电线和偶极子辐射贴片、位于介质基板底层的金属接地板；
所述偶极子辐射贴片由微带线连接的两块矩形金属贴片构成，偶极子辐射贴片关于介质基板顶层竖向中线对称；
所述微带馈电线由50Ω微带线和直角形微带线组成；
所述金属接地板上开有缝隙结构，所述缝隙结构包括十字形缝隙和与十字形缝隙的横向缝隙连接的四个槽线枝节，所述缝隙结构关于介质基板底层竖向中线对称。
2.根据权利要求1所述的基于槽线馈电枝节的宽带滤波全向天线，其特征在于，所述十字形缝隙的横向缝隙位于竖向缝隙的中部，所述横向缝隙每端与两个长度不一样的弯折状的槽线枝节相连。
3.根据权利要求2所述的基于槽线馈电枝节的宽带滤波全向天线，其特征在于，所述十字形缝隙的竖向缝隙长度为工作中心频率的二分之一等效波长。
4.根据权利要求2所述的基于槽线馈电枝节的宽带滤波全向天线，其特征在于，所述四个槽线枝节位于偶极子辐射贴片与微带馈电线在金属接地板投影位置之间。
5.根据权利要求2所述的基于槽线馈电枝节的宽带滤波全向天线，其特征在于，50Ω微带线和直角形微带线在金属接地板投影位于竖向缝隙两边。
6.根据权利要求1或2所述的基于槽线馈电枝节的宽带滤波全向天线，其特征在于，金属接地板为矩形状。
7.根据权利要求1所述的基于槽线馈电枝节的宽带滤波全向天线，其特征在于，中间层介质基板为Rogers 6010，厚度为0.635mm，相对介电常数为10.8，损耗角正切为0.0023。
8.根据权利要求1所述的基于槽线馈电枝节的宽带滤波全向天线，其特征在于，所有缝隙和槽线枝节的宽度相同。
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