CN113497351B - 滤波天线及无线通信设备 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及一种滤波天线及无线通信设备，所述滤波天线包括叠层设置的馈电网络、金属地与馈电贴片，以及与馈电贴片共面设置的多个短路贴片；短路贴片通过短路柱与金属地连接；馈电贴片通过馈电柱与馈电网络连接；其中，馈电贴片中包括多个第一缺陷结构构成的第一缺陷结构组和第二缺陷结构组；第一缺陷结构组对称设置于第一极化方向的馈电柱所在直线的两侧；第二缺陷结构组对称设置于第二极化方向的馈电柱所在直线的两侧；多个短路贴片分别设置于各第一缺陷结构内。本申请实施例提供的技术方案可以避免额外增加滤波器带来额外的插入损耗且不降低天线性能。

Description

滤波天线及无线通信设备
技术领域
本申请涉及射频通信技术领域，特别是涉及一种滤波天线及无线通信设备。
背景技术
随着无线通信技术的飞速发展，无线通信系统也在向小型化、集成化、多功能化的方向不断发展。在无线通信系统的射频前端，滤波器是不可或缺的器件，而天线是无线信号收发的重要器件，滤波器和天线的设置影响系统的集成度和系统指标。
传统地，无线通信系统中将天线作为滤波器的一个负载与滤波器级联起来；或是将天线作为滤波器的最后一阶谐振器，并同时作为馈电贴片发送或接收信号，从而实现辐射和滤波这两个性能。
然而，上述天线需要级联额外的滤波器，而增加滤波器会带来额外的插入损耗，降低天线性能。
发明内容
基于此，本申请实施例提供了一种滤波天线及无线通信设备，可以避免额外增加滤波器带来额外的插入损耗且不降低天线性能，并实现高滚降的滤波性能。
第一方面，提供了一种滤波天线，滤波天线包括叠层设置的馈电网络、金属地与馈电贴片，以及与馈电贴片共面设置的多个短路贴片；短路贴片通过短路柱与金属地连接；馈电贴片通过馈电柱与馈电网络连接；其中，馈电贴片中包括多个第一缺陷结构构成的第一缺陷结构组和第二缺陷结构组；第一缺陷结构组对称设置于第一极化方向的馈电柱所在直线的两侧；第二缺陷结构组对称设置于第二极化方向的馈电柱所在直线的两侧；多个短路贴片分别设置于各第一缺陷结构内。
在其中一个实施例中，各第一缺陷结构围设于各馈电柱所围成区域的外侧。
在其中一个实施例中，第一缺陷结构组包括四个第一缺陷结构，每个第一极化方向的馈电柱对应两个第一缺陷结构；第二缺陷结构组包括四个第一缺陷结构，每个第二极化方向的馈电柱对应两个第一缺陷结构。
在其中一个实施例中，两个第一缺陷结构之间的距离随第一谐振点的位置变化而变化。
在其中一个实施例中，第一缺陷结构为矩形结构。
在其中一个实施例中，馈电贴片为矩形贴片，矩形贴片的四个角分别设置第二缺陷结构；每个第二缺陷结构中设置一个短路贴片。
在其中一个实施例中，滤波天线还包括寄生贴片，寄生贴片与馈电贴片叠层设置，位于馈电贴片远离金属地的一侧。
在其中一个实施例中，寄生贴片设置多个第三缺陷结构；第三缺陷结构的位置与第一缺陷结构的位置对应。
在其中一个实施例中，第三缺陷结构的大小随第二谐振点的位置变化而变化。
第二方面，提供了一种无线通信设备，该无线通信设备包括上述第一方面任一实施例中的滤波天线。
上述滤波天线及无线通信设备，滤波天线包括叠层设置的馈电网络、金属地与馈电贴片，以及与馈电贴片共面设置的多个短路贴片；短路贴片通过短路柱与金属地连接；馈电贴片通过馈电柱与馈电网络连接；其中，馈电贴片中包括多个第一缺陷结构构成的第一缺陷结构组和第二缺陷结构组；第一缺陷结构组对称设置于第一极化方向的馈电柱所在直线的两侧；第二缺陷结构组对称设置于第二极化方向的馈电柱所在直线的两侧；多个短路贴片分别设置于各第一缺陷结构内。在本申请实施例提供的技术方案中，由于不需要级联额外的滤波器，从而不会带来额外的插入损耗且不降低天线性能；并且通过在滤波天线中设置的第一缺陷结构组和第二缺陷结构组，在通带两侧分别产生一个辐射零点，从可以实现高滚降的滤波性能。
附图说明
图1为本申请实施例提供的一种滤波天线的结构图；
图2为本申请实施例提供的一种馈电贴片的结构图；
图3为本申请实施例提供的另一种馈电贴片的结构图；
图4为本申请实施例提供的一种滤波天线的结构图；
图5为本申请实施例提供的一种寄生贴片的结构图；
图6为本申请实施例提供的一种寄生贴片与馈电贴片的优化示意图；
图7为本申请实施例提供的一种滤波天线的S参数图；
图8为本申请实施例提供的一种滤波天线的增益曲线图。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请实施方式作进一步地详细描述。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请实施例。但是本申请实施例能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本申请实施例内涵的情况下做类似改进，因此本申请实施例不受下面公开的具体实施例的限制。
在本申请实施例的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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申请实施例和简化描述，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，因此不能理解为对本申请实施例的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本申请实施例的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本申请实施例中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。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在本申请实施例中的具体含义。
在本申请实施例中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本申请实施例所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
本申请实施例提供的一种滤波天线，其结构如图1所示。其中，滤波天线10包括叠层设置的馈电网络11、金属地12与馈电贴片13，以及与馈电贴片13共面设置的多个短路贴片；短路贴片通过短路柱与金属地12连接；馈电贴片13通过馈电柱与馈电网络11连接；其中，馈电贴片13中包括多个第一缺陷结构构成的第一缺陷结构组和第二缺陷结构组；第一缺陷结构组对称设置于第一极化方向的馈电柱所在直线的两侧；第二缺陷结构组对称设置于第二极化方向的馈电柱所在直线的两侧；多个短路贴片分别设置于各第一缺陷结构内。
其中，整个滤波天线由多层pcb板粘合而成，该滤波天线可以采用AIP技术加工，稳定性强，且成本相对较低，也可以采用其他技术加工。该滤波天线可以是毫米波双极化滤波天线，也可以是其他类型的滤波天线，本实施例对此不作具体限定。馈电网络11用于对滤波天线的馈电单元进行馈电，馈电贴片13属于馈电单元的一部分，馈电贴片13通过馈电柱与馈电网络11连接。馈电网络11印制在pcb板上，馈电网络11可以是双极化差分馈电网络，也可以是其他类型的馈电网络，若馈电网络11是双极化差分馈电网络，馈电网络11可以引入180度相位差，并由两个正交的单极化差分馈电结构组成。馈电贴片13的同一平面上设置有多个短路贴片，且短路贴片的个数、位置等参数的设置可以根据实际需求确定。每个短路贴片通过短路柱与金属地12连接，馈电贴片13与设置的短路贴片形成耦合，并且馈电贴片13的形状、位置等参数的设置也可以根据实际需求确定。短路贴片和馈电贴片13之间具有一定的间隙，也可以通过细线进行局部连接，本实施例对此不作具体限定。
馈电贴片13中可以包括多个第一缺陷结构构成的第一缺陷结构组和第二缺陷结构组，第一缺陷结构组可以对称设置于第一极化方向的馈电柱所在直线的两侧，第二缺陷结构组可以对称设置于第二极化方向的馈电柱所在直线的两侧，多个短路贴片分别设置于各第一缺陷结构内，短路贴片内设置有短路柱。第一极化方向与第二极化方向可以为0度极化方向或90度极化方向，第一极化方向与第二极化方向为不同的极化方向。第一缺陷结构组与第二缺陷结构组用于分别产生一个辐射零点，也称为谐振点，通过设置第一缺陷结构组与第二缺陷结构组中第一缺陷结构的位置、形状、个数等参数，可以使滤波天线产生不同的滤波效果。
本实施例中，滤波天线包括叠层设置的馈电网络、金属地与馈电贴片，以及与馈电贴片共面设置的多个短路贴片；短路贴片通过短路柱与金属地连接；馈电贴片通过馈电柱与馈电网络连接；其中，馈电贴片中包括多个第一缺陷结构构成的第一缺陷结构组和第二缺陷结构组；第一缺陷结构组对称设置于第一极化方向的馈电柱所在直线的两侧；第二缺陷结构组对称设置于第二极化方向的馈电柱所在直线的两侧；多个短路贴片分别设置于各第一缺陷结构内。由于不需要级联额外的滤波器，从而不会带来额外的插入损耗且不降低天线性能；并且通过在滤波天线中设置的第一缺陷结构组和第二缺陷结构组，在通带两侧分别产生一个辐射零点，从可以实现高滚降的滤波性能。
在一个实施例中，上述第一缺陷结构围设于各馈电柱所围成区域的外侧。其中，上述滤波天线的馈电柱可以包括四个馈电柱，四个馈电柱可以正交排布，其所围成的区域可以是一个矩形。第一缺陷结构可以均匀分布在每个馈电柱的外侧，也可以不是均匀分布的，具体可以根据实际情况确定。
在一种可能的实施例中，请参考图2，其示出了本申请实施例提供的一种馈电贴片的结构图，第一缺陷结构组包括四个第一缺陷结构，每个第一极化方向的馈电柱对应两个第一缺陷结构；第二缺陷结构组包括四个第一缺陷结构，每个第二极化方向的馈电柱对应两个第一缺陷结构。
其中，图2中的馈电柱为四个独立的、不在方框中的圆点，馈电柱与馈电网络11连接。第一缺陷结构组包括四个第一缺陷结构20，第二缺陷结构组包括四个第一缺陷结构21，当然，第一缺陷结构组也可以是四个第一缺陷结构21，第二缺陷结构组可以是四个第一缺陷结构20，本实施例对此不作具体限定。
第一缺陷结构20和21中的矩形框为短路贴片，短路贴片中的圆点为短路柱；第一缺陷结构20和21可以为矩形结构，也可以为U形结构，还可以是其他形状结构，本实施例对此不作具体限定。每个第一极化方向的馈电柱对应两个第一缺陷结构，每个第二极化方向的馈电柱对应两个第一缺陷结构，即第一缺陷结构均匀分布在每个馈电柱的外侧，每个馈电柱外侧对应两个第一缺陷结构。第一极化方向的馈电柱可以是水平的两个馈电柱，也可以是垂直的两个馈电柱。例如，天线工作在0度极化方向时，H面耦合的两对短路柱引入一个辐射零点，E面耦合的两对短路柱引入另一个辐射零点；同样地，天线工作在正交的90度极化方向时，H面耦合的两对短路柱引入一个辐射零点，E面耦合的两对短路柱引入另一个辐射零点。
并且，两个第一缺陷结构之间的距离可以随第一谐振点的位置变化而变化，两个第一缺陷结构之间的距离越近，第一谐振点向低频移动，从而越远离滤波天线的通带；两个第一缺陷结构之间的距离越远，第一谐振点向高频移动，从而越靠近滤波天线的通带。同样，第一缺陷结构中的短路柱越细，相当于电感分量越大，第一谐振点向低频移动，从而越远离滤波天线的通带；第一缺陷结构中的短路柱越粗，相当于电感分量越小，第一谐振点向高频移动，从而越靠近滤波天线的通带。并且，短路贴片越靠近馈电贴片，第一谐振点向低频移动，从而越远离滤波天线的通带；短路贴片越靠远离馈电贴片，第一谐振点向高频移动，从而靠近离滤波天线的通带。
本实施例中，通过在馈电贴片中设置第一缺陷结构组和第二缺陷结构组，使其H面耦合短路柱和E面耦合短路柱分别在滤波天线的通带两侧产生一个辐射零点，实现了滤波性能。
在一个实施例中，请参考图3，其示出了本申请实施例提供的另一种馈电贴片的结构图，上述馈电贴片13可以为矩形贴片，矩形贴片的四个角可以分别设置第二缺陷结构22，每个第二缺陷结构22中设置一个短路贴片31，还包括一个短路柱32。第二缺陷结构22可以为矩形，也可以是其他形状。第二缺陷结构22中的短路贴片和短路柱可以在滤波天线的通带外侧产生一个辐射零点，使得滤波天线实现高滚降的滤波性能。并且，同样地，第二缺陷结构中的短路柱越细，相当于电感分量越大，辐射零点向低频移动，从而越远离滤波天线的通带；第二缺陷结构中的短路柱越粗，相当于电感分量越小，辐射零点向高频移动，从而越靠近滤波天线的通带。并且，短路贴片越靠近馈电贴片，辐射零点向低频移动，从而越远离滤波天线的通带；短路贴片越靠远离馈电贴片，辐射零点向高频移动，从而靠近离滤波天线的通带。
在一个实施例中，请参考图4，其示出了本申请实施例提供的一种滤波天线的结构图，上述滤波天线10还包括寄生贴片14，寄生贴片14与馈电贴片13叠层设置，位于馈电贴片13远离金属地12的一侧。寄生贴片14可以为完整的矩形结构，也可以包括缺陷结构。
其中，寄生贴片14可以在滤波天线的通带外侧再产生一个辐射零点，为了使该辐射零点靠近通带从而实现高滚降，若在寄生贴片14不设置第三缺陷结构的情况下，需要增大寄生贴片14的面积才可以使其产生的辐射零点在低频带外且靠近滤波天线的通带。因而，为了对寄生贴片14进行优化，可选地，请参考图5，其示出了本申请实施例提供的一种寄生贴片的结构图，寄生贴片14上可以设置多个第三缺陷结构141，第三缺陷结构141的位置与第一缺陷结构的位置对应。第三缺陷结构141的形状、个数等也可以根据第一缺陷结构设置，每个第三缺陷结构141的形状、大小可以相同。
第三缺陷结构141的大小随第二谐振点的位置变化而变化，第三缺陷结构141越大，则第二谐振点向低频移动，从而越远离滤波天线的通带；第三缺陷结构141越小，则第二谐振点向高频移动，从而越靠近滤波天线的通带。寄生贴片14与馈电贴片13的设计优化过程如图6所示，图6为本申请实施例提供的一种寄生贴片与馈电贴片的优化示意图。其中，第一层为寄生贴片14的优化过程，第二层为馈电贴片13的优化过程。
本实施例中，通过设置寄生贴片以及寄生贴片上的第三缺陷结构，可以在滤波天线通带外产生辐射零点，从而使得该滤波天线有更好的滤波性能。
在一个实施例中，滤波天线包括馈电网络、金属地、馈电贴片、寄生贴片，以及与馈电贴片共面设置的多个短路贴片；短路贴片通过短路柱与金属地连接；馈电贴片通过馈电柱与馈电网络连接；其中，馈电贴片中包括多个第一缺陷结构构成的第一缺陷结构组和第二缺陷结构组；第一缺陷结构组对称设置于第一极化方向的馈电柱所在直线的两侧；第二缺陷结构组对称设置于第二极化方向的馈电柱所在直线的两侧；多个短路贴片分别设置于各第一缺陷结构内。各第一缺陷结构围设于各馈电柱所围成区域的外侧，第一缺陷结构组包括四个第一缺陷结构，每个第一极化方向的馈电柱对应两个第一缺陷结构；第二缺陷结构组包括四个第一缺陷结构，每个第二极化方向的馈电柱对应两个第一缺陷结构，两个第一缺陷结构之间的距离随第一谐振点的位置变化而变化；第一缺陷结构为矩形结构。馈电贴片为矩形贴片，矩形贴片的四个角分别设置第二缺陷结构；每个第二缺陷结构中设置一个短路贴片。寄生贴片与馈电贴片叠层设置，位于馈电贴片远离金属地的一侧；寄生贴片设置多个第三缺陷结构；第三缺陷结构的位置与第一缺陷结构的位置对应；第三缺陷结构的大小随第二谐振点的位置变化而变化。
根据本实施例提供的方法设计的滤波天线，可以在该滤波天线的通带两侧产生四个辐射零点，分别由具有缺陷结构的寄生贴片、由馈电贴片中间的H面耦合短路柱、E面耦合短路柱引入、馈电贴片四角放置的缺陷结构中的短路贴片及短路柱引入，从而实现在通带边缘高滚降的滤波特性。
在一个实施例中，无线通信设备包括如上述任一实施例中的滤波天线。
本实施例提供的无线通信设备的实现原理和有益效果，可以参见上文中对于滤波天线各实施例的限定，在此不再赘述。
另外，本申请还对根据上述实施例提供的方法所设计的滤波天线进行了实验，如图7所示，图7为本申请实施例提供的一种滤波天线的S参数图，可以看出滤波天线在两个极化方向上工作带宽均包括26.5-29.5GHz，回波损耗S11、S22均在10dB以上，工作频带内天线极化隔离度S12始终保持在40dB以上。
图8为本申请实施例提供的一种滤波天线的增益曲线图，其中，滤波天线在通带26.5-29.5GHz内增益平稳，保持在7.87dB以上，且增益变化幅度在0.3dB以内。通带两侧具有四个辐射零点Null#1、Null#2、Null#3、Null#4，其中，Null#1由具有缺陷结构的寄生贴片引入，Null#2和Null#4分别由馈电贴片中间的H面耦合短路柱和E面耦合短路柱引入，Null#3由馈电贴片四角放置的缺陷结构中的短路贴片及短路柱引入，从而实现在通带边缘高滚降的滤波特性。并且，对低频带外20-25GHz增益抑制超过17.8dB，对高频带外30.5-60GHz增益抑制超过19dB。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种滤波天线，其特征在于，所述滤波天线包括叠层设置的馈电网络、金属地与馈电贴片，以及与所述馈电贴片共面设置的多个短路贴片；所述短路贴片通过短路柱与所述金属地连接；所述馈电贴片通过馈电柱与所述馈电网络连接；
其中，所述馈电贴片中包括多个第一缺陷结构构成的第一缺陷结构组和第二缺陷结构组；所述第一缺陷结构组对称设置于第一极化方向的馈电柱所在直线的两侧；所述第二缺陷结构组对称设置于第二极化方向的馈电柱所在直线的两侧；各所述第一缺陷结构围设于各所述馈电柱所围成区域的外侧；
所述多个短路贴片分别设置于各所述第一缺陷结构内；所述第一缺陷结构组包括四个第一缺陷结构，每个第一极化方向的馈电柱对应两个第一缺陷结构；所述第二缺陷结构组包括四个第一缺陷结构，每个第二极化方向的馈电柱对应两个第一缺陷结构；
所述馈电贴片为矩形贴片，所述矩形贴片的四个角分别设置第二缺陷结构；每个第二缺陷结构中设置一个所述短路贴片。
2.根据权利要求1所述的滤波天线，其特征在于，所述两个第一缺陷结构之间的距离随第一谐振点的位置变化而变化。
3.根据权利要求1或2所述的滤波天线，其特征在于，所述第一缺陷结构为矩形结构。
4.根据权利要求1或2所述的滤波天线，其特征在于，所述滤波天线还包括寄生贴片，所述寄生贴片与所述馈电贴片叠层设置，位于所述馈电贴片远离所述金属地的一侧。
5.根据权利要求4所述的滤波天线，其特征在于，所述寄生贴片设置多个第三缺陷结构；所述第三缺陷结构的位置与所述第一缺陷结构的位置对应。
6.根据权利要求5所述的滤波天线，其特征在于，所述第三缺陷结构的大小随第二谐振点的位置变化而变化。
7.根据权利要求5所述的滤波天线，其特征在于，所述第三缺陷结构的形状和数量由所述第一缺陷结构的形状和数量确定。
8.根据权利要求1或2所述的滤波天线，其特征在于，所述第二缺陷结构为矩形结构。
9.根据权利要求5所述的滤波天线，其特征在于，各所述第三缺陷结构的形状和大小相同。
10.一种无线通信设备，其特征在于，所述无线通信设备包括如权利要求1-9任一项所述的滤波天线。
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