CN113097709B - 一种高选择性的平面滤波八木天线 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高选择性的平面滤波八木天线，包括从上至下依次叠置的第一覆铜层、介质板、第二覆铜层；第一覆铜层上设有输入端口、输入馈线、枝节加载半波长谐振器和半波长谐振器，构成馈电网络，第二覆铜层上设有公共地板、馈电巴伦、半波偶极子和寄生微带线，公共地板作为平面滤波八木天线的反射器，寄生微带线有多条作为平面滤波八木天线的引向器，半波偶极子设置在公共地板与寄生微带线之间，并通过馈电巴伦与公共地板连接，作为平面滤波八木天线的辐射器，馈电网络的能量能够通过馈电巴伦耦合到半波偶极子处，再经半波偶极子辐射电磁波；本发明具有高选择性的增益滤波效果，其结构简单、剖面低、集成度高，具有很好的应用前景。

Description

一种高选择性的平面滤波八木天线
技术领域
本发明涉及通讯天线的技术领域，尤其是指一种高选择性的平面滤波八木天线。
背景技术
平面八木天线因其具有高方向性、低剖面、易加工等特点被广泛应用于无线通信系统中。在以往的设计中，学者们将研究重点放在了拓展天线的带宽上，以求改善八木天线带宽窄的缺点。然而，天线的带宽虽得到了拓展，其带内增益并不平坦稳定，且选择性差。为了满足带内增益的平坦度以及高选择性，学者们相继提出了具有滤波效果的八木天线，即滤波八木天线。在这些设计中，滤波器被加载在八木天线的辐射单元前端，用级联的方法连接，这种方法虽然可以获得增益滤波效果，但滤波器的直接加载会带来较大插损；而如若使用带通滤波器和天线的集成设计方法，可以减小插损。
对现有技术进行调查了解，具体如下：
J.-N.Wu等人在2014年提出一种利用阶跃微带线馈电的平面印刷八木天线，通过对八木天线馈电方式的改进，实现了宽通带，其相对带宽达到16.7％。但通带内增益不平坦，其低频处的增益比高频处的增益低3.7dBi。
J.Shi等人在2015年提出一种加载双面平行微带线滤波器的差分滤波八木天线。通过在天线的辐射单元和输入馈线之间嵌入滤波器，实现了滤波效果，并获得较高的选择性。但由于滤波器与辐射单元的直接连接会造成较大损耗，影响天线的辐射效率，且其工作带宽较窄，难以灵活调节。
总的来说，现有的工作中，有不少关于具有滤波效果的八木天线的研究，但是很多结构是基于滤波器的直接加载。因此，参照带通滤波器的综合设计方法，设计一种简单有效的高选择性平面滤波八木天线具有重要意义。
发明内容
本发明目的在于为解决现有技术中的不足，提供了一种高选择性的平面滤波八木天线，应用输入馈线、枝节加载半波长谐振器和半波长谐振器的耦合，作为馈电网络，实现高选择性的增益滤波效果，该平面滤波天线能够在3.1GHz-3.8GHz的范围内稳定工作，且在3.1GHz-3.8GHz的频率范围内反射系数小于-10dB；在通带内增益平坦，其平均增益约为5dBi，且在2.95GHz频率处和4GHz频率处具有明显的辐射零点，具有高选择性。
为实现上述目的，本发明所提供的技术方案为：一种高选择性的平面滤波八木天线，包括从上至下依次叠置的第一覆铜层、介质板、第二覆铜层；其中，所述第一覆铜层上设有输入端口、输入馈线、枝节加载半波长谐振器和半波长谐振器，构成馈电网络，所述输入端口与输入馈线连接，所述输入馈线、枝节加载半波长谐振器和半波长谐振器之间留有间隙，并通过间隙耦合能量；所述第二覆铜层上设有公共地板、馈电巴伦、半波偶极子和寄生微带线，所述公共地板设置在第二覆铜层的一端，作为平面滤波八木天线的反射器，所述寄生微带线有多条设置在第二覆铜层的另一端，并与公共地板平行，作为平面滤波八木天线的引向器，所述半波偶极子设置在公共地板与寄生微带线之间，并通过馈电巴伦与公共地板连接，作为平面滤波八木天线的辐射器，馈电网络的能量能够通过馈电巴伦耦合到半波偶极子处，再经半波偶极子辐射电磁波。
进一步，所述公共地板与半波偶极子之间的距离为四分之一工作频率波长。
进一步，所述介质板的介电常数为2.55，其损耗角正切为0.0029。
本发明与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：
本发明应用输入馈线、枝节加载半波长谐振器和半波长谐振器作为馈电网络，使天线具有高选择性的增益滤波效果，其结构简单、剖面低、集成度高，具有很好的应用前景。
附图说明
图1为平面滤波八木天线的结构示意图。
图2为平面滤波八木天线的介质结构图。
图3为第一覆铜层的结构示意图。
图4为第二覆铜层的结构示意图。
图5为平面滤波八木天线的S参数仿真结果图。
图6为平面滤波八木天线的增益曲线仿真结果图。
图7为平面滤波八木天线的中心频率方向仿真结果图。
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4所示，本实施例所提供的高选择性的平面滤波八木天线，包括从上至下依次叠置的第一覆铜层2、介质板1、第二覆铜层3，所述的介质板1的厚度为0.8mm，长度为70mm，宽度为60mm，介电常数为2.55，损耗角正切为0.0029；
其中，所述第一覆铜层2上设有输入端口11、输入馈线4、枝节加载半波长谐振器5和半波长谐振器6，构成馈电网络，所述输入端口11与输入馈线4连接，所述输入馈线4、枝节加载半波长谐振器5和半波长谐振器6之间留有间隙，并通过间隙耦合能量；所述第二覆铜层3上设有公共地板9、馈电巴伦10、半波偶极子7和寄生微带线8，所述公共地板9设置在第二覆铜层3的一端，作为平面滤波八木天线的反射器，所述寄生微带线8有三条设置在第二覆铜层3的另一端，并与公共地板9平行，作为平面滤波八木天线的引向器，所述半波偶极子7设置在公共地板9与寄生微带线8之间，并通过馈电巴伦10与公共地板9连接，作为平面滤波八木天线的辐射器，馈电网络的能量能够通过馈电巴伦10耦合到半波偶极子7处，再经半波偶极子7辐射电磁波。
参见图5所示，平面滤波八木天线的S参数仿真结果。可以看出，本发明反射系数小于-10dB的频率范围为3.1GHz-3.8GHz，相对带宽超过20％。
参见图6所示，平面滤波八木天线的增益曲线仿真结果。可以看出，本发明增益在3.1GHz-3.8GHz的频率范围内平坦稳定，平均增益为5dBi，且在2.95GHz和4GHz处具有两个辐射零点，提高了选择性。
参见图7所示，平面滤波八木天线的中心频率方向仿真结果。可以看出，本发明在中心频率的方向图为单向辐射，且E面的交叉极化水平为-25dB，H面的交叉极化水平为-24dB，具有低交叉极化水平。
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 (2)

1.一种高选择性的平面滤波八木天线，其特征在于：包括从上至下依次叠置的第一覆铜层（2）、介质板（1）、第二覆铜层（3）；其中，所述第一覆铜层（2）上设有输入端口（11）、输入馈线（4）、枝节加载半波长谐振器（5）和半波长谐振器（6），构成馈电网络，所述输入端口（11）与输入馈线（4）连接，所述输入馈线（4）、枝节加载半波长谐振器（5）和半波长谐振器（6）之间留有间隙，并通过间隙耦合能量；所述第二覆铜层（3）上设有公共地板（9）、馈电巴伦（10）、半波偶极子（7）和寄生微带线（8），所述公共地板（9）设置在第二覆铜层（3）的一端，作为平面滤波八木天线的反射器，所述寄生微带线（8）有多条设置在第二覆铜层（3）的另一端，并与公共地板（9）平行，作为平面滤波八木天线的引向器，所述半波偶极子（7）设置在公共地板（9）与寄生微带线（8）之间，并通过馈电巴伦（10）与公共地板（9）连接，作为平面滤波八木天线的辐射器，馈电网络的能量能够通过馈电巴伦（10）耦合到半波偶极子（7）处，再经半波偶极子（7）辐射电磁波；所述公共地板（9）与半波偶极子（7）之间的距离为四分之一工作频率波长。
2.根据权利要求1所述的一种高选择性的平面滤波八木天线，其特征在于：所述介质板（1）的介电常数为2.55，其损耗角正切为0.0029。
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