CN112186342B - 一种双极化双频带的介质滤波天线 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种双极化双频带的介质滤波天线，依次包括顶层的十字型介质块、上层介质基板、中间层金属结构、下层介质基板以及底层金属结构。底层金属结构包含水平设置的微带馈线、第一三枝节双模微带谐振器、竖直放置的微带馈线以及第二三枝节双模微带谐振器。十字型介质块、上层介质基板以及中间层金属结构组成十字介质贴片型谐振器。第一三枝节双模微带谐振器的奇模和耦模信号分别激励十字介质贴片型谐振器的TMxδ1模和TMxδ3模，形成水平极化的双频滤波辐射。第二三枝节双模微带谐振器的奇模和耦模信号分别激励十字介质贴片型谐振器的TMyδ1模和TMyδ3模，形成垂直极化的双频滤波辐射。

Description

一种双极化双频带的介质滤波天线
技术领域
本发明涉及各种微波通信领域，尤其涉及一种双极化双频带的介质滤波天线。
背景技术
滤波天线集成滤波功能与辐射功能于一体，能够有效提高系统的集成度，符合无线通信系统高集成度、低损耗、小型化的发展趋势。而使用介质实现介质滤波天线能有效提高滤波天线的设计自由度，降低导体损耗提高效率。从滤波天线的工作频带来看，双频带滤波天线相比于单频带滤波天线，更能适应多制式系统，但是设计难度更高。另外，将双极化功能应用到双频带滤波天线中能够有效抵抗多径衰落，提供天线的接收发能力。因此，提出一种双极化双频带介质滤波天线具有重要的研究价值和意义。然而，现有的双极化介质滤波天线均是单频带工作，无法满足多制式或多频段系统的需要。
发明内容
发明目的：针对上述现有技术，提出一种双极化双频带的介质滤波天线。
技术方案：一种双极化双频带的介质滤波天线，依次包括顶层的十字型介质块、上层介质基板、中间层金属结构、下层介质基板以及底层金属结构；所述中间层金属结构刻有竖直耦合槽以及水平耦合槽；所述底层金属结构包含水平设置的微带馈线、第一三枝节双模微带谐振器、竖直放置的微带馈线以及第二三枝节双模微带谐振器；其中，所述十字型介质块、上层介质基板以及中间层金属结构组成十字介质贴片型谐振器；
所述水平设置的微带馈线连接第一三枝节双模微带谐振器，竖直放置的微带馈线连接第二三枝节双模微带谐振器；所述第一三枝节双模微带谐振器的奇模和耦模信号通过所述竖直耦合槽分别激励所述十字介质贴片型谐振器的TMxδ1模和TMxδ3模，形成水平极化的双频滤波辐射；所述第二三枝节双模微带谐振器的奇模和耦模信号通过所述水平耦合槽分别激励所述十字介质贴片型谐振器的TMyδ1模和TMyδ3模，形成垂直极化的双频滤波辐射。
进一步的，通过改变所述竖直耦合槽以及水平耦合槽的长度与宽度，调节两个频带内反射零点的相对位置，从而调节带宽。
进一步的，所述第一三枝节双模微带谐振器和第二三枝节双模微带谐振器均由三个相互垂直的枝节构成。
有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下优点：
1、具有两对正交模的十字介质贴片型谐振器结合两个三枝节双模微带谐振器，两个三枝节微带谐振器的奇模和耦模分别与十字介质贴片型谐振器TMxδ1模和TMxδ3模以及TMyδ1模和TMyδ3模耦合实现双频带工作的双极化介质滤波天线。
2、三枝节微带谐振器的三个枝节相互垂直，便于馈电匹配及模式耦合。
附图说明
图1为本发明介质滤波天线的剖面结构示意图；
图2为本发明介质滤波天线的十字型介质块结构示意图；
图3为本发明介质滤波天线的中间层金属结构示意图；
图4为本发明介质滤波天线的底层金属结构示意图；
图5为本发明介质滤波天线的仿真匹配响应及隔离响应图；
图6为本发明介质滤波天线的仿真增益响应图；
图7为本发明介质滤波天线的端口1激励3.5GHz仿真方向图；
图8为本发明介质滤波天线的端口1激励4.9GHz仿真方向图；
图9为本发明介质滤波天线的端口2激励3.5GHz仿真方向图；
图10为本发明介质滤波天线的端口2激励4.9GHz仿真方向图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做更进一步的解释。
如图1-图4所示，一种双极化双频带的介质滤波天线，依次包括顶层的十字型介质块1、上层介质基板4、中间层金属结构2、下层介质基板5以及底层金属结构3。中间层金属结构2刻有竖直耦合槽21以及水平耦合槽22。底层金属结构3包含水平设置的微带馈线31、第一三枝节双模微带谐振器32、竖直放置的微带馈线33以及第二三枝节双模微带谐振器34。其中，十字型介质块1、上层介质基板4以及中间层金属结构2组成十字介质贴片型谐振器，作为天线的辐射体。十字介质贴片型谐振器存在四个工作模式，组成两对正交模：TMxδ1模和TMyδ1模，TMxδ3模和TMyδ3模。
第一三枝节双模微带谐振器32和第二三枝节双模微带谐振器34均由三个相互垂直的枝节构成。水平设置的微带馈线31连接第一三枝节双模微带谐振器32，竖直放置的微带馈线33连接第二三枝节双模微带谐振器34。端口1通过微带馈线31馈电第一三枝节双模微带谐振器32，第一三枝节双模微带谐振器32的奇模和耦模信号通过竖直耦合槽21分别激励十字介质贴片型谐振器的TMxδ1模和TMxδ3模，形成水平极化的双频滤波辐射。端口2通过微带馈线33馈电第二三枝节双模微带谐振器34，第二三枝节双模微带谐振器34的奇模和耦模信号通过水平耦合槽22分别激励十字介质贴片型谐振器的TMyδ1模和TMyδ3模，形成垂直极化的双频滤波辐射。十字介质贴片型谐振器的正交模有利于双极化隔离。通过改变所述竖直耦合槽21以及水平耦合槽22的长度与宽度，调节两个频带内反射零点的相对位置，从而调节带宽。
本发明的介质天线集合了滤波、双极化、双频带的工作特性，相比于单极化介质滤波天线更能适应多制式或双频工作系统。
本实施例采用的基板为RO4003C基板，其介电常数为3.38，损耗角为0.0027，采用的十字型介质块的介电常数为89.5，损耗角为0.0004。其仿真的匹配响应如图5所示，该实施例的两个工作频带在3.5GHz和4.9GHz，分别具有5％和2％的相对带宽，两个频带内两个端口之间的隔离均大于15dB。仿真增益响应如图6所示，两个频带内的最大增益分别为6.4dBi和6.2dBi。图7和图8分别是端口1激励时3.5GHz和4.9GHz处E面和H面的仿真方向图。当激励端口1时，在3.5GHz处E面和H面的3-dB波束宽度都是82°，E面和H面的3-dB波束宽度范围内交叉极化水平分别小于-29dB和-28dB，在4.9GHz处E面和H面3-dB波束宽度分别为39°和76°，E面和H面的3-dB波束宽度范围内交叉极化水平分别小于-18dB和-17dB。同样地，图9和图10分别是端口2激励时3.5GHz和4.9GHz处E面和H面的仿真方向图。当激励端口2时，在3.5GHz处E面和H面的3-dB波束宽度分别为83°和82°，E面和H面的3-dB波束宽度范围内交叉极化水平分别小于-28dB和-26dB，在4.9GHz处E面和H面的3-dB波束宽度分别为39°和77°，E面和H面的3-dB波束宽度范围内交叉极化水平分别小于-19dB和-18dB。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种双极化双频带的介质滤波天线，其特征在于，依次包括顶层的十字型介质块(1)、上层介质基板(4)、中间层金属结构(2)、下层介质基板(5)以及底层金属结构(3)；所述中间层金属结构(2)刻有竖直耦合槽(21)以及水平耦合槽(22)；所述底层金属结构(3)包含水平设置的微带馈线(31)、第一三枝节双模微带谐振器(32)、竖直放置的微带馈线(33)以及第二三枝节双模微带谐振器(34)；其中，所述十字型介质块(1)、上层介质基板(4)以及中间层金属结构(2)组成十字介质贴片型谐振器；
所述水平设置的微带馈线(31)连接第一三枝节双模微带谐振器(32)，竖直放置的微带馈线(33)连接第二三枝节双模微带谐振器(34)；所述第一三枝节双模微带谐振器(32)的奇模和耦模信号通过所述竖直耦合槽(21)分别激励所述十字介质贴片型谐振器的TMxδ1模和TMxδ3模，形成水平极化的双频滤波；所述第二三枝节双模微带谐振器(34)的奇模和耦模信号通过所述水平耦合槽(22)分别激励所述十字介质贴片型谐振器的TMyδ1模和TMyδ3模，形成垂直极化的双频滤波辐射。
2.根据权利要求1所述的双极化双频带的介质滤波天线，其特征在于，通过改变所述竖直耦合槽(21)以及水平耦合槽(22)的长度与宽度，调节两个频带内反射零点的相对位置，从而调节带宽。
3.根据权利要求1所述的双极化双频带的介质滤波天线，其特征在于，所述第一三枝节双模微带谐振器(32)和第二三枝节双模微带谐振器(34)均由三个相互垂直的枝节构成。
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