CN112186357B

CN112186357B - 一种基于谐振器型探针馈电的双极化滤波贴片天线

Info

Publication number: CN112186357B
Application number: CN202010977485.5A
Authority: CN
Inventors: 陈付昌; 向凯燃
Original assignee: South China University of Technology SCUT
Current assignee: South China University of Technology SCUT
Priority date: 2020-09-17
Filing date: 2020-09-17
Publication date: 2021-11-19
Anticipated expiration: 2040-09-17
Also published as: CN112186357A

Abstract

本发明公开了一种基于谐振器型探针馈电的双极化滤波贴片天线，包括从上至下依次设置的第一介质板、第二介质板以及第一馈电结构和第二馈电结构；第一介质板上设有贴片，第一介质板和第二介质板之间保持预设的间距，形成空气层，每个馈电结构包括分别垂直安装在第二介质板卡槽中的第一馈电探针和第二馈电探针以及设置在第二介质板下表面的馈电端口、耦合馈线和若干谐振器，两个馈电探针上设有谐振器，能够同时对第一介质板上的贴片进行激励，引入交叉耦合实现滤波，实现±45°极化；本发明利用谐振器的一部分作为馈电探针，实现天线双极化且该天线能够进行四阶滤波，具有良好的滤波特性，整个天线结构简单且加工方便。

Description

一种基于谐振器型探针馈电的双极化滤波贴片天线

技术领域

本发明涉及通讯天线的技术领域，尤其是指一种基于谐振器型探针馈电的双极化滤波贴片天线。

背景技术

随着无线通信的快速发展和第五代通信系统的商用，对于基站天线有了更高的要求，如提升滤波功能和减少体积尺寸。而双极化天线可以节省基站天线的数量并且能保证分集接收的效果，被广泛应用与基站天线的设计中；同时贴片天线由于其重量轻、体积小、易共形、易加工、成本低等优点亦被广泛应用到无线通讯系统中。因此将贴片天线的滤波功能集成到双极化天线后不仅能减少后级滤波器的设计，而且还能减少滤波器和天线之间的匹配电路和整体尺寸。因此，双极化滤波贴片天线的设计具有很大的应用前景，然而在现有的双极化滤波贴片天线的研究中，存在会使得天线损耗变大或者会影响天线的辐射特性的设计。因此，设计一款性能良好的双极化滤波贴片天线具有重要意义。

发明内容

本发明目的在于为解决现有技术中的不足，提供了一种基于谐振器型探针馈电的双极化滤波贴片天线，利用谐振器的一部分作为馈电探针，用谐振器激励贴片，实现天线双极化且该天线具有四阶滤波特性，整个天线结构简单且加工方便。

为实现上述目的，本发明所提供的技术方案为：一种基于谐振器型探针馈电的双极化滤波贴片天线，包括从上至下依次设置的第一介质板、第二介质板以及第一馈电结构和第二馈电结构；所述第一介质板和第二介质板之间保持间距，形成空气层，用于调节天线品质因数，所述第一馈电结构和第二馈电结构设置在第二介质板上，并位于靠近第一介质板的相邻两侧边，每个馈电结构包括分别垂直安装在第二介质板卡槽中的第三介质板和第四介质板以及第一接地板、第二接地板、第一谐振器和第三谐振器，所述第一接地板设置在第三介质板的一表面上，所述第一谐振器划分为两个部分，所述第一谐振器的第一部分设置在第三介质板的另一表面上，所述第一谐振器的第二部分设置在第二介质板的下表面，所述第三介质板、第一接地板和第一谐振器的第一部分构成第一馈电探针，用于激励天线，所述第二接地板设置在第四介质板的一表面上，所述第三谐振器划分为两个部分，所述第三谐振器的第一部分设置在第四介质板的另一表面上，所述第三谐振器的第二部分设置在第二介质板的下表面，所述第四介质板、第二接地板和第三谐振器的第一部分构成第二馈电探针，用于激励天线，所述第一馈电探针和第二馈电探针同时对天线进行馈电，用于引入交叉耦合实现滤波。

进一步，每个馈电结构还包括设置在第二介质板下表面的馈电端口、耦合馈线和第二谐振器，所述馈电端口与耦合馈线连接，所述耦合馈线与第一谐振器的第二部分耦合，所述第一谐振器的第二部分与第二谐振器耦合，所述第二谐振器与第三谐振器的第二部分耦合。

进一步，所述第一介质板为矩形介质板，其上表面设有贴片，用于辐射能量。

进一步，所述第二介质板开有四个卡槽，分别供两个馈电结构的第三介质板和第四介质板安装，所述第二介质板的上表面设有第三接地板。

进一步，所有谐振器均为半波长谐振器。

进一步，能量从第一馈电结构的馈电端口输入，经耦合馈线耦合到第一馈电结构的第一谐振器的第一部分、第一谐振器的第二部分、第二谐振器、第三谐振器的第一部分和第三谐振器的第二部分上，第一馈电结构的第一谐振器的第一部分和第三谐振器的第一部分分别作为两个馈电探针同时对贴片进行激励，实现+45°极化。

进一步，能量从第二馈电结构的馈电端口输入，经耦合馈线耦合到第二馈电结构的第一谐振器的第一部分、第一谐振器的第二部分、第二谐振器、第三谐振器的第一部分和第三谐振器的第二部分上，第二馈电结构的第一谐振器的第一部分和第三谐振器的第一部分分别作为两个馈电探针同时对贴片进行激励，实现-45°极化。

本发明与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：

1、本发明利用两组谐振器的一部分作为探针馈电，即用谐振器激励贴片，实现天线双极化，加工简单，具有很好的应用前景。

2、本发明的馈电探针同时对天线进行馈电，引入了交叉耦合，加上贴片的谐振，实现了四阶滤波，具有良好的滤波特性，有效避免了信息在传输过程中出现的码间串扰。

附图说明

图1为双极化滤波贴片天线的结构示意图。

图2为双极化滤波贴片天线的结构正视图。

图3为第一介质板的结构示意图。

图4为第一馈电结构的第一馈电探针的结构示意图。

图5为第一馈电结构的第二馈电探针的结构示意图。

图6为除去两个馈电探针的第一馈电结构的结构示意图。

图7为双极化滤波贴片天线的工作仿真结果图。

图8为第一馈电结构的馈电端口激励时中心频点的方向仿真结果图。

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6所示，本实施例提供了一种基于谐振器型探针馈电的双极化滤波贴片天线，包括从上至下依次设置的第一介质板1、第二介质板3以及第一馈电结构F1和第二馈电结构F2；

其中，所述第一介质板1为矩形介质板，其上表面设有贴片2，所述贴片2为矩形金属贴片，用于辐射能量；所述第一介质板1和第二介质板3之间保持14.5毫米的间距，形成空气层5，用于调节天线品质因数和贴片与探针之间的耦合，所述第二介质板3开有四个卡槽，分别供两个馈电结构的第一馈电探针P1和第二馈电探针P2安装，所述第二介质板3的上表面设有第三接地板4；所述第一馈电结构F1和第二馈电结构F2设置在第二介质板3上，并位于靠近第一介质板1的相邻两侧边。

所述第二馈电结构F2和第一馈电结构F1的结构相同。所述第一馈电结构F1包括分别垂直安装在第二介质板3卡槽中的第三介质板12和第四介质板13以及第一接地板6、第二接地板7、第一谐振器和第三谐振器，所述第一接地板6设置在第三介质板12的一表面上，所述第一谐振器划分为两个部分，所述第一谐振器的第一部分R11设置在第三介质板的另一表面上，所述第一谐振器的第二部分R12设置在第二介质板3的下表面，所述第三介质板12、第一接地板6和第一谐振器的第一部分R11构成第一馈电探针P1，用于激励天线，所述第二接地板7设置在第四介质板13的一表面上，所述第三谐振器划分为两个部分，所述第三谐振器的第一部分R31设置在第四介质板13的另一表面上，所述第三谐振器的第二部分R32设置在第二介质板3的下表面，所述第四介质板13、第二接地板7和第三谐振器的第一部分R31构成第二馈电探针P2，用于激励天线，所述第一馈电探针P1和第二馈电探针P2分别垂直安装在第二介质板3的卡槽10、11中，两者同时对天线进行馈电，用于引入交叉耦合实现滤波；所述第一馈电结构F1还包括设置在第二介质板3下表面的馈电端口9、耦合馈线8和第二谐振器R2，所述馈电端口9为50欧姆的馈电端口，所述馈电端口9与耦合馈线8连接，所述耦合馈线8与第一谐振器的第二部分R12耦合，所述第一谐振器的第二部分R12与第二谐振器R2耦合，所述第二谐振器R2与第三谐振器的第二部分R32耦合；此外，所有介质板的介电常数均为3.55，损耗角正切为0.0018，厚度均为0.8毫米。

能量从第一馈电结构F1的馈电端口9输入，经耦合馈线8耦合到第一馈电结构F1的第一谐振器的第一部分R11、第一谐振器的第二部分R12、第二谐振器R2、第三谐振器的第一部分R31和第三谐振器的第二部分R32上，第一馈电结构F1的第一谐振器的第一部分R11和第三谐振器的第一部分R31分别作为两个馈电探针同时对贴片2进行激励，实现+45°极化；同理，能量从第二馈电结构F2的馈电端口9输入，第二馈电结构F2的第一谐振器的第一部分R11和第三谐振器的第一部分R31分别作为两个馈电探针同时对贴片2进行激励，实现-45°极化。

参见图7所示，本发明双极化滤波贴片天线的工作仿真结果。可以看出，天线工作中心频率为1.1GHz，相对带宽为13.3％；在通带范围内增益和辐射效率非常平坦，增益维持在8.5dBi且最大增益为9.16dBi，极化隔离大于22dB；天线在1.0125GHz和1.19GHz两个频率点产生传输零点从而实现天线的滤波功能。

参见图8所示，本发明第一馈电结构的馈电端口激励时中心频点的方向仿真结果。可以看出，本发明的辐射方向图满足基站天线的性能指标，适用于实现滤波基站天线。

以上所述之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

1.一种基于谐振器型探针馈电的双极化滤波贴片天线，其特征在于：包括从上至下依次设置的第一介质板（1）、第二介质板（3）以及第一馈电结构（F1）和第二馈电结构（F2）；所述第一介质板（1）和第二介质板（3）之间保持间距，形成空气层（5），用于调节天线品质因数，所述第一馈电结构（F1）和第二馈电结构（F2）设置在第二介质板（3）上，并位于靠近第一介质板（1）的相邻两侧边，每个馈电结构包括分别垂直安装在第二介质板（3）卡槽中的第三介质板（12）和第四介质板（13）以及第一接地板（6）、第二接地板（7）、第一谐振器和第三谐振器，所述第一接地板（6）设置在第三介质板（12）的一表面上，所述第一谐振器划分为两个部分，所述第一谐振器的第一部分（R11）设置在第三介质板的另一表面上，所述第一谐振器的第二部分（R12）设置在第二介质板（3）的下表面，所述第三介质板（12）、第一接地板（6）和第一谐振器的第一部分（R11）构成第一馈电探针（P1），用于激励天线，所述第二接地板（7）设置在第四介质板（13）的一表面上，所述第三谐振器划分为两个部分，所述第三谐振器的第一部分（R31）设置在第四介质板（13）的另一表面上，所述第三谐振器的第二部分（R32）设置在第二介质板（3）的下表面，所述第四介质板（13）、第二接地板（7）和第三谐振器的第一部分（R31）构成第二馈电探针（P2），用于激励天线，所述第一馈电探针（P1）和第二馈电探针（P2）同时对天线进行馈电，用于引入交叉耦合实现滤波；

每个馈电结构还包括设置在第二介质板（3）下表面的馈电端口（9）、耦合馈线（8）和第二谐振器（R2），所述馈电端口（9）与耦合馈线（8）连接，所述耦合馈线（8）与第一谐振器的第二部分（R12）耦合，所述第一谐振器的第二部分（R12）与第二谐振器（R2）耦合，所述第二谐振器（R2）与第三谐振器的第二部分（R32）耦合；

能量从第一馈电结构（F1）的馈电端口（9）输入，经耦合馈线（8）耦合到第一馈电结构（F1）的第一谐振器的第二部分（R12）、第一谐振器的第一部分（R11）、第二谐振器（R2）、第三谐振器的第二部分（R32）和第三谐振器的第一部分（R31）上，第一馈电结构（F1）的第一谐振器的第一部分（R11）和第三谐振器的第一部分（R31）分别作为两个馈电探针同时对贴片（2）进行激励，实现+45°极化；

能量从第二馈电结构（F2）的馈电端口（9）输入，经耦合馈线（8）耦合到第二馈电结构（F2）的第一谐振器的第二部分（R12）、第一谐振器的第一部分（R11）、第二谐振器（R2）、第三谐振器的第二部分（R32）和第三谐振器的第一部分（R31）上，第二馈电结构（F2）的第一谐振器的第一部分（R11）和第三谐振器的第一部分（R31）分别作为两个馈电探针同时对贴片（2）进行激励，实现-45°极化。

2.根据权利要求1所述的一种基于谐振器型探针馈电的双极化滤波贴片天线，其特征在于：所述第一介质板（1）为矩形介质板，其上表面设有贴片（2），用于辐射能量。

3.根据权利要求1所述的一种基于谐振器型探针馈电的双极化滤波贴片天线，其特征在于：所述第二介质板（3）开有四个卡槽，分别供两个馈电结构的第一馈电探针（P1）和第二馈电探针（P2）安装，所述第二介质板（3）的上表面设有第三接地板（4）。

4.根据权利要求1所述的一种基于谐振器型探针馈电的双极化滤波贴片天线，其特征在于：所有谐振器均为半波长谐振器。