CN113675607A - 一种平面多端口高隔离宽频带三工集成天线 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种平面多端口高隔离宽频带三工集成天线，属于天线领域；该天线基于单层介质板，下表面是接地金属贴片，蚀刻了两个对称的方形槽，通过缝隙长条连接，呈现出哑铃型槽；上表面设有部分馈电结构，具有三个端口；其中，第一和第三端口的馈电网络位于介质板的顶层，馈线互相垂直，第二端口的馈电网络与第三端口正对，且与接地面共同贴覆于介质板的底层；第一端口为缝隙耦合馈电，由馈电线和阶跃阻抗谐振器组成；第二端口为共面波导馈电，包括馈电线和对称的Y型微带枝节；第三端口为耦合馈电，包括馈电微带线和T’型微带线枝节。三个馈电端口同时激励，实现天线的同时发送与接收，不同的馈电方式有助于实现较高的端口隔离度。

Description

一种平面多端口高隔离宽频带三工集成天线

技术领域

本发明属于天线领域，涉及一种无源射频前端器件，具体是一种平面多端口高隔离宽频带三工集成天线。

背景技术

随着无线通信技术的普及，从军事通信到商用无线电再到民用无线电，极大的改善了人们的生活条件，并对生产力的快速发展发挥着重要的作用。

无线移动通信技术作为在信息化社会推动人类科学进步的重要因素，近年来，通过不断的演变、更新和融合，满足了不同场景下的应用和各种不同客户的需求。以民用无线通信中最常用的手机而言，经由第二代(2G)、第三代(3G)和第四代(4G)移动通信技术的发展与迭代，第五代(5G)移动通信标准也已逐步完善并投入使用。手机不仅需要与基站进行无线通信实现通话功能，还需要满足其他多种通信标准实现更多功能，例如通过GPS(Global Positioning System)实现手机卫星定位，通过蓝牙(Bluetooth)与其他无线设备传输数据，通过WIFI或无线局域网(WLAN,Wirelss Local Area Network)和全球微波互联接入(WiMAX,Worldwide Interoperability for Microwave Access)等连接使用各种网络应用，以及通过近场通信技术NFC(Near Field Communication)实现移动支付和身份识别功能。多种通信标准和通信功能共存促使射频电路朝着小型化、多频带和低损耗等方向发展。

在收发机系统的前端，有源器件随着半导体芯片和集成电路技术的日益成熟，能够利用封装技术实现小型化甚至是微型化的多功能集成。然而对于系统中的无源器件来说，受工作原理和应用环境的要求无法集成到一块芯片上，从而成为通信系统小型化的瓶颈。在多工系统中，如果不存在空间限制，则可以设计多个相互独立的天线，使其工作在不同频段即可将系统性能较完美的发挥出来。在理想情况下，为了降低各个天线之间的相互干扰，天线之间的距离应当足够远。但是由于移动终端的多工系统对小型化有较高的要求，尺寸的限制必然导致多天线之间的距离无法达到理想要求，系统的性能也会降低。

多工系统中要求一个天线具有多频和多工的特性，传统的多工天线由多频天线和多工器级联组成，这类结构各端口之间的隔离度由多工器实现，不仅对多工器的设计更加苛刻，同时也无法满足移动通信技术飞速发展下对小型集成化移动终端的尺寸要求。多工天线的设计，避免了多工器带来的插入损耗，减少系统元件的数量，大大的降低了整体的体积，从而更加节约成本。在电路设计时将隔离度考虑在内，比利用多工器带来的隔离性能更加稳定，降低干扰。微带天线具有剖面薄、价格低和易与固态器件集成的特点，并且可以采用简单的馈电结构实现多极化或者多频特性。设计一款集成化的微带多工天线，不同端口对应在不同频率工作，可以广泛的应用在各种移动终端和基站中，并且满足多种通信标准和通信功能，具有良好的应用前景和经济效益。

发明内容

本发明提出一种平面多端口高隔离宽频带三工集成天线，将三种不同类型的馈电线和辐射贴片分别设置在单层介质板的不同表面，通过激发天线的不同模式实现三个不同端口分别控制三个不同频段的辐射性能。在各频段的馈电网络和辐射贴片中设置不同的微带线枝节，多个谐振极点的设置有效的拓宽了天线各端口的工作带宽，并且在各端口之间产生多个传输零点，提高了各端口之间的隔离度，同时天线的增益中生成多个辐射零点，改善天线的远场辐射特性。该天线具有三合一、高端口隔离度、增强带宽和结构简单紧凑等特点，由于多个端口可以对应多个不同频率，可以广泛应用于多种通信标准与通信功能共存的系统，以满足通信发展的多种需求。

所述的三工集成天线基于单层介质板，介质板的下表面是天线的接地金属贴片，基于介质板两宽边中点连线为中心轴对称的蚀刻了两个方形槽，两个方形槽之间蚀刻了缝隙长条进行连接，进而呈现出哑铃型槽。

介质板的上表面设有部分馈电结构，天线具有三个端口：其中，第一端口和第三端口的馈电网络位于介质板的顶层，且第一端口微带馈线在介质板底层的投影位于缝隙长条的中心位置，垂直于缝隙长条；第三端口的馈线延长线与第一端口的馈线互相垂直，且位于顶层第一端口馈电网络的左侧介质板窄边中心，正对左侧的哑铃型槽上方；第二端口的馈电线设置在第一端口馈电网络的右侧介质板窄边中心，与第三端口正对，延伸至右侧的哑铃型槽内部，且与接地面共同贴覆于介质板的底层；第二端口与第三端口同处于介质板两窄边中点连线上。

所述第一端口为缝隙耦合馈电，馈电网络由馈电线和阶跃阻抗谐振器组成，馈电线起始于介质板顶层宽边边缘的表面中心，穿过缝隙长条所在的水平线，在介质板上表面的中心上方位置，馈电线的末端引入一个圆形贴片，以改善端口的阻抗匹配；

阶跃阻抗谐振器为一对，以馈电线为中心轴，包括对称分布的五段微带线，呈“几”字形；第一段微带线与馈电线垂直相交，位于最上端；第二和第三段微带线与第一段微带线两末端分别连接且均与馈电线平行，第四和第五段微带线分别与第二和三段微带线末端连接，位于最下端，且与第一段微带线平行，宽度大于第一、第二和第三段微带线的宽度。

第一端口对应于低频段的工作频段，包括三个谐振极点，通过调节谐振极点所在频点的距离有效的拓宽了工作带宽；三个谐振极点分别由介质板下表面的哑铃型槽、介质板上表面第二端口的T型微带线和第一端口的阶跃阻抗谐振器产生；

第一端口所在工作频段中带有三个辐射零点，分别由哑铃型槽和阶跃阻抗谐振器产生；辐射零点辅助判断天线的远场辐射效果，在工作频段增益较高，在工作频段附近的频点有增益抑制效果，提高滤波天线的选择性。一般与传输零点有对应，传输零点在两端口插入损耗参数S21,S31,S32上呈现，辅助识别端口之间的隔离度。

第二端口为共面波导馈电，包括馈电线和Y型微带枝节，其中馈电线采用T型微带线，伸入第一端口右侧的哑铃型槽内，T型微带线两侧末端分别带有一段与之相垂直的短微带线；同时，槽内中心线上加载有两个Y型微带枝节，以馈电线为中轴线对称分布；T型微带线和两个Y型微带枝节之间留有缝隙。Y型微带枝节与接地金属贴片相连接，通过调整尺寸和位置对频率进行调整。

单个的Y型微带枝节在第二端口的耦合激励中会产生两个谐振模式，即双频辐射模式，两个对称放置的Y型微带枝节通过调整距离改变耦合强度，使得在第二端口所需的工作频段产生两至三个谐振极点，拓宽了工作带宽。

同时，Y型微带枝节本身的对称结构，以及以馈电线为对称轴放置的两个Y型微带枝节，在第二端口工作频段的仿真增益中产生多个辐射零点，原因是在激励时多个模式都产生反向电流，在远场辐射相互抵消，实现了良好的频率选择性。

第三端口为耦合馈电，包括馈电线和T’型微带线枝节，馈电线是一条末端两弯折的T型微带线，位于介质板的上表面；同时，在第三端口正下方的第一端口左侧的哑铃型槽内布有T’型微带线枝节，T型微带线和T’型微带线枝节朝向一致，尾部在同一平面上的投影重合，且T’型微带线的尾部微带线比T型微带线的尾部微带线稍宽；在T型和T’型微带线两侧末端分别连接两段短微带线，且两两垂直；两个T型微带线远离馈电侧的末端在同一平面上的投影无缝隙相连，两弯折方向相反。槽内的T’型微带线枝节与接地金属贴片连接，通过调节馈电线以及T’型微带线的尺寸和位置，调节第三端口工作频段中两个模式的工作频率。

T型微带线在激励时产生双频辐射，通过接地的T’型微带线，当在第三端口进行激励时，两个T型微带线的反向电流在低频处产生辐射零点，从而抑制了上述双频辐射中的低频辐射，在较高的工作频段中增加了一个谐振极点，使得第三端口的工作频段包含两个谐振极点，有效拓宽了工作带宽。

三个馈电端口同时激励，实现天线的同时发送与接收，不同的馈电方式有助于实现较高的端口隔离度；所述的天线馈电端口均为SMA连接头。

本发明的优点在于：

1)、一种平面多端口高隔离宽频带三工集成天线，具有增强带宽特性；该三工集成天线在第一端口工作频段的-10dB带宽为1.37GHz(2.98GHz-4.35GHz，37.38％)，在第二端口工作频段的-10dB带宽为1.11GHz(5.11GHz-6.22GHz，19.59％)，在第三端口工作频段的-10dB带宽为1.03GHz(8.72GHz-9.75GHz，11.15％)。

2)、一种平面多端口高隔离宽频带三工集成天线，具有多个辐射零点；本发明在不引入其他额外电路结构的前提下在两个工作频段的上/下边带实现多个辐射零点，可以改善天线远场辐射，增强天线的频率选择性。

3)、一种平面多端口高隔离宽频带三工集成天线，同时满足多个通信标准和通信功能。该三工集成天线可以同时工作在三个不同的工作频段实现天线的收发功能，满足不同场景下的应用和各种客户的需求。

4)、一种平面多端口高隔离宽频带三工集成天线，相对于传统的集成微带天线结构简单，将多工器与天线功能进行融合，调整耦合阻抗匹配，在不增加电路结构复杂性的情况下实现多功能的设计，使RF前端更加紧凑，有利于实现系统中多功能一体化。

附图说明

图1为本发明一种平面多端口高隔离宽频带三工集成天线的俯视图及剖视图；

图2为本发明三个端口分别激励时的回波损耗参数仿真结果示意图；

图3为本发明三个端口同时激励时任意两个端口之间的隔离度；

图4为本发明三个端口分别激励时的增益仿真结果示意图；

图5为本发明第一端口在中心频率为3.665GHz时激励的辐射方向图；

图6为本发明第一端口在中心频率为5.665GHz时激励时的辐射方向图；

图7为本发明第一端口在中心频率为9.235GHz时激励时的辐射方向图；

图8为本发明第一端口激励时在工作频带范围中，谐振极点以及边带的辐射零点处天线贴片表面电流分布示意图；

图9为本发明第二端口激励时在工作频带范围中，谐振极点以及边带的辐射零点处天线贴片表面电流分布示意图；

图10为本发明第三端口激励时在工作频带范围中，谐振极点以及边带的辐射零点处天线贴片表面电流分布示意图。

图11为本发明第一端口各参考天线的结构以及S参数比较图和仿真增益比较图。

具体实施方式

下面将结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明，以使本发明的目的和优势更加清晰。以下说明仅为示例，并非限制本发明的使用范围。

本发明提出了一种平面多端口高隔离宽频带三工集成天线，利用在单层介质板的接地面开槽的同时，使用不同类型的馈电实现三工天线，使得三工集成天线具有剖面薄、体积小和重量轻的特点。其中，采用微带线作为馈电结构，设计简单，易于平面电路集成。为了满足高速数据传输的要求，具有宽频带性能的天线设计十分重要，通过加载寄生微带线枝节拓宽阻抗带宽，同时各端口之间的隔离度保持在一个较高的水平，有效降低各频段工作时的相互干扰。微带多工天线的设计在飞速发展的无线通信行业有着良好的应用前景和经济效益。

本发明是一种具有低剖面宽频带高隔离的三工集成天线，设计方法成熟，电路复杂度低。在传统的微带天线功能中融合了宽频带、高隔离与多端口的特点，具有低剖面和结构简单紧凑的优点，其相较于传统的微带天线或者多工天线来说体积小、重量低、功能多以及应用场景丰富，具有高集成度的特点。

如图1所示，所述的三工集成天线基于单层介质板，介质板的下表面是天线的接地金属贴片，接地面上基于介质板两宽边中点连线为中心轴对称的蚀刻了两个方形槽，两个方形槽之间蚀刻了缝隙长条进行连接，进而呈现出哑铃型槽。

介质板的上表面设有三个工作端口，基于接地面及其哑铃型槽隙，通过耦合实现各个工作频段多个极点。其中第一端口、第二端口和第三端口皆是馈电端口，实现天线的同时发送与接收。其中，第一端口和第三端口的馈电网络位于介质板的顶层，且第一端口微带馈线在介质板底层的投影位于缝隙长条的中心位置，垂直于缝隙长条；第三端口的馈线延长线与第一端口的馈线互相垂直，且位于顶层第一端口馈电网络的左侧介质板窄边中心，正对左侧的哑铃型槽上方；第二端口的馈电线设置在第一端口馈电网络的右侧介质板窄边中心，与第三端口正对，延伸至右侧的哑铃型槽内部，位于介质板的底层接地面；第二端口与第三端口同处于介质板两窄边中点连线上。

所述第一端口为缝隙耦合馈电，馈电网络由馈电线和阶跃阻抗谐振器组成，馈电线起始于介质板顶层宽边边缘的表面中心，穿过缝隙长条所在的水平线，在介质板上表面的中心上方位置，馈电线的末端引入一个圆形贴片，以改善端口的阻抗匹配。

阶跃阻抗谐振器为一对，以馈电线为中心轴，包括对称分布的五段微带线，呈“几”字形；第一段微带线与馈电线垂直相交，位于最上端；第二和第三段微带线与第一段微带线两末端分别连接且均与馈电线平行，第四和第五段微带线分别与第二和三段微带线末端连接，位于最下端，且与第一段微带线平行，宽度大于第一、第二和第三段微带线的宽度。

第一端口对应于低频段的工作频段，根据回波损耗参数图，其中包括三个谐振极点，有效的拓宽了工作带宽，三个谐振极点分别由介质板下表面的哑铃型槽、介质板上表面第二端口的T型微带馈线和阶跃阻抗谐振器产生。第一端口所在工作频段的增益特性曲线图中，在上下边带有三个辐射零点，分别由哑铃型槽和阶跃阻抗谐振器产生。

第二端口位于单层介质板的下表面，以共面波导的形式馈电，馈线是位于接地平面上哑铃型槽的右侧方型槽内的T型微带线，槽内中心线上加载有两个Y型微带枝节，其中馈电线采用的T型微带线两侧末端分别带有一段与之相垂直的短微带线，作为弯折；同时，两个Y型微带枝节，以馈电线为中轴线对称分布；T型微带线和两个Y型微带枝节之间留有缝隙。Y型微带枝节与接地金属贴片相连接，通过调整尺寸和位置对频率进行调整。

单个的Y型微带枝节在第二端口的耦合激励中会产生两个谐振模式，即双频辐射模式，两个对称放置的Y型微带枝节通过调整距离改变耦合强度，使得在第二端口所需的工作频段产生两至三个谐振极点，拓宽了工作带宽。

同时，Y型微带枝节本身的对称结构，以及以馈电线为对称轴放置的两个Y型微带枝节，在第二端口工作频段的仿真增益中产生多个辐射零点，原因是在激励时多个模式都产生反向电流，在远场辐射相互抵消，实现了良好的频率选择性。

第三端口为耦合馈电，包括馈电线和T’型微带线枝节，馈电线是一条末端两弯折的T型微带线，位于介质板的上表面；同时，在第三端口正下方的第一端口左侧哑铃型槽内布有T’型微带线枝节，与接地平面相连接，用于调整工作频率与工作带宽。馈电线用于激励T’型微带线枝节，槽内的微带线枝节T型微带线和T’型微带线枝节朝向一致，尾部在同一平面上的投影重合，且T’型微带线的尾部微带线比T型微带线的尾部微带线稍宽；在T型和T’型微带线两侧末端分别连接两段短微带线，且两两垂直；两个T型微带线远离馈电侧的末端在同一平面上的投影无缝隙相连，两弯折方向相反。槽内的T’型微带线枝节与接地金属贴片连接，通过调节馈电线以及T’型微带线的尺寸和位置，调节第三端口工作频段中两个模式的工作频率。

与第三端口馈电口直接相连的末端两弯折的T型微带线在激励时产生双频辐射，通过在矩形槽的底部放置一个相似的T’型接地微带线，当在第三端口进行激励时，两个T型微带线的反向电流在低频处产生辐射零点，从而抑制了上述双频辐射中的低频辐射，在较高的工作频段中增加了一个谐振极，使得第三端口的工作频段包含两个谐振极点，有效拓宽工作带宽。

本发明所述天线的三个工作端口的结构设计都是基于接地面及其哑铃型槽隙进行的，通过耦合实现各个工作频段多个极点；三个馈电端口同时工作实现天线的同时发送与接收，不同的馈电方式有助于实现较高的端口隔离度；所述的天线馈电端口均为SMA连接头。

该天线的每个工作频段至少包含两个谐振模式用以实现宽带性能。电路中的每一部分结构尺寸以及不同结构之间的相对位置都经过设计优化，直至实现较为理想的性能。

实施例：

本实施例设计的三工集成天线的尺寸为40mmⅹ65mmⅹ0.508mm，其俯视图如图1所示，由单层介质板以及上下两层金属贴片构成。介质板的材料为Rogers RO4350，相对介电常数为3.66，损耗角正切为0.004，介质板的厚度信息为H＝0.508mm。

本发明有三个相互独立的馈电端口，分别用于工作在三个不同的工作频段用以实现天线收发信号的功能，端口1和端口3的微带馈线印刷在介质板的上表面，端口2的馈线与接地平面一同印刷在介质板的下表面。

在工作端口1的设计中，首先在介质板底面的接地平面上对称地刻蚀了两个矩形槽，中间刻蚀一个长条缝隙相连接，形成一个哑铃型槽的结构，矩形槽的宽Ws＝15mm，长Ls＝25mm，连接两个矩形槽的长条缝隙的宽Wm＝1.8mm，长Lm＝23mm。

端口1的馈线两边设置有阶跃阻抗谐振器微带枝节，用于拓展工作带宽以及在上下边带产生辐射零点，馈线顶端的圆形贴片用于阻抗匹配，端口1馈线具体参数：C1＝5.7mm，C2＝12.6mm，C3＝4.6mm，Cw＝1.5mm，r＝2.5mm。

端口2利用共面波导馈电，由Y型微带线枝节、T型微带线枝节和底面哑铃型槽的其中一个矩形槽组成。T型微带线枝节与馈线相连接，主要用于调整阻抗匹配，两个Y型微带线枝节与接地平面相连接，通过调整尺寸和位置以达到频率调整的目的。其尺寸参数为：R1＝17.5mm，R2＝2.8mm，R3＝3.5mm，R4＝8.6mm，R5＝7mm。

端口3主要由两个末端弯折的T型微带线组成，位于介质板底面的T型微带线处于哑铃型槽另一个矩形槽内，用于产生通带内两个谐振极点，而上部的T型微带线与端口3的馈线相连接，用于阻抗匹配，其参数尺寸为：L1＝17mm，L2＝3.5mm，L3＝4mm，L4＝16.3mm，L5＝2mm，L6＝5.6mm。

三个端口采用了不同的馈电方式：端口1采用缝隙耦合馈电，端口2采用共面波导馈电，端口3采用耦合馈电，这有利于提高端口之间的隔离度。各个端口的设计采用了多个微带线枝节或者谐振器枝节，有助于产生多个谐振极点从而拓展天线工作带宽，与此同时，利用加载的微带枝节产生方向相反的电流得到辐射零点，改善天线的远场辐射特性。

以下通过仿真结果综合分析本发明天线的性能(仿真软件为HFSS)：

如图2所示，为本发明天线仿真的回波损耗参数，S11、S22和S33分别为相应端口激励时，其余两个端口接50Ω负载仿真所得。根据仿真结果，本发明三工集成天线在各个工作频带至少有两个谐振极点。

在端口1的工作频段中天线的回波损耗在-10dB带宽为1.37GHz，频率范围从2.98GHz到4.35GHz，相对带宽为37.38％，工作频带中有三个谐振极点，其中哑铃型槽由微带馈线激励产生一个谐振极点，哑铃型槽内加载的Y型和T型微带线枝节产生额外的谐振极增加了带宽。此外，馈线中增加的一对阶梯阻抗谐振器引入了一个谐振极点和两个辐射零点，辐射零点可以通过调整参数C1、C2和C3进行控制。

在端口2的工作频段中天线的回波损耗在-10dB带宽为1.11GHz，频率范围从5.11GHz到6.22GHz，相对带宽为19.59％，工作频带中有两个谐振极点，主要由两个Y型接地微带线产生，两个Y型微带枝节对称的分布在微带馈线两边，也同时产生了两个辐射零点。

在端口3的工作频段中天线的回波损耗在-10dB带宽为1.03GHz，频率范围从8.72GHz到9.75GHz，相对带宽为11.15％，工作频带中同样拥有两个谐振极点，由介质板底面末端弯折的T型微带线产生。该T型微带线与接地平面相连，由介质板顶层带有类似结构的T型微带线的馈线耦合激励，这两个结构同向放置，在低频处电流相互抵消从而产生一个辐射零点。

如图3所示，为本发明三工集成天线各端口之间的插入损耗，用于端口之间隔离度的参考，S21、S31、S32表示两两端口之间插入损耗。传输零点在两端口插入损耗参数(S21,S31,S32)上呈现，插损曲线上的传输零点可以辅助识别端口之间的隔离度。总体来看天线整体隔离度大于25dB。端口1与端口2在相应的两个工作频带范围内隔离度普遍大于28dB，端口1与端口3在相应的两个工作频带范围内隔离度普遍大于26dB，端口2与端口3在相应的两个工作频带范围内隔离度普遍大于34dB。因此本天线具有带宽大、远场辐射特性好、各端口之间隔离度大以及结构简单紧凑容易集成的特点。

如图4所示，为本发明三工集成天线各端口工作时的仿真增益。当其中一个端口激励时，其余两个端口接50Ω负载。

在端口1工作时，频率范围2.98GHz-4.35GHz内的最大增益可达到2.86dBi，此外，馈线上加载的一对阶跃阻抗谐振器在上下边带产生多个辐射零点，分别在频点2.23GHz、5.74GHz和6.78GHz处，其中5.74GHz的零点属于端口2的工作频段，可以有效提高端口1和端口2的隔离度。

在端口2工作时，频率范围5.11GHz-6.22GHz内的最大增益为3.13dBi，分布于矩形槽内对称分布的两个Y型接地微带线在上下边带产生两个辐射零点，分别是3.73GHz和8.65GHz，其中3.73GHz的零点属于端口1的工作频段，从而提高了端口1与端口2之间的隔离度。

在端口3工作时，频率范围8.72GHz-9.76GHz内的峰值增益为1.45dBi，位于介质板两侧同向放置的T型微带线在3.32GHz产生一个辐射零点，并且该零点频率在端口1的工作频段，有效提高端口1和端口3之间的隔离度。

如图5、图6和图7所示，为天线在不同中心频率的归一化辐射方向图，分别由端口1、端口2和端口3激励，其中图5(a)为端口1激励时E面辐射方向图，图5(b)为端口1激励时H面辐射方向图；图6(a)为端口2激励时E面辐射方向图，图6(b)为端口2激励时H面辐射方向图；图7(a)为端口3激励时E面辐射方向图，图7(b)为端口3激励时H面辐射方向图，可知，这三个模式具有相似的辐射模式。

本发明天线在端口1激励时，如图8(a)所示，是中心频率在工作频段中的3.75GHz时的贴片表面电流强度分布示意图，底面的哑铃型槽以及槽内的微带线由顶层的馈线耦合激励，将电磁波辐射出去。图8(b)是位于辐射零点6.78GHz处贴片的表面电流强度示意图，可以看出电磁能量大部分被束缚在馈线及其阶跃阻抗谐振器之间，无法传递到底部的哑铃型槽和微带线中，形成阻带特性。

本发明天线在端口2激励时，如图9(a)所示，为中心频率在工作频段中6.13GHz时表面电流强度分布示意图，电磁波由共面波导馈线耦合到两个对称分布的Y型微带线，从而辐射到空间中。如图9(b)所示，为中心频率在工作频段中辐射零点3.73GHz时的贴片表面电流方向分布示意图，由于对称的结构使得以共面波导馈线为对称轴两侧的电流反向分布，从而抵消产生的远场辐射。

本发明天线在端口3激励时，如图10(a)所示，为中心频率在工作频段为9.61GHz时的表面电流强度分布示意图，电磁波由T型微带馈线耦合到矩形槽内部与接地平面相连接的末端弯折的T型微带线枝节，并且实现了两个极点的谐振。如图10(b)所示，为中心频率在工作频段辐射零点3.32GHz时的贴片表面电流方向分布示意图，两个相似的T型微带线同向分布，末端弯折的方向相反，从图中可以看出在该辐射零点处两个T型微带线上的电流方向相反，从而相互抵消。

如图11所示，本发明天线端口1工作性能实现过程中各结构功能比较图，AntennaⅠ是传统的哑铃型槽天线，通过调节优化实现双频辐射，在两个频段之间有一个辐射零点。AntennaⅡ将端口2与端口3的辐射以及馈电结构与哑铃型槽相结合，在传统哑铃型天线的仿真基础上增加了一个谐振极点和一个辐射零点，并且很好的抑制了端口1中工作频带外的谐振。AntennaⅢ即本发明实施天线，阶跃阻抗谐振器在前者基础上又增加了一个谐振极点和一个辐射零点，使得端口1的工作频段具有三个谐振极点，实现宽带性能。上下边带的多个辐射零点提高了频率选择性，具有良好的滤波效果。

本发明在Sub6GHz低频天线中，天线的工作频率主要由天线尺寸决定，根据工作的波长来调整谐振结构的尺寸使其工作在对应的频率。不同端口能够对应不同的工作频率即激励端口所连接的工作部分首先在尺寸上有所区别。其次本设计天线将三个工作频段的结构巧妙地组合，大大减小了天线的整体尺寸，且尽可能的减少了不同端口工作时的相互干扰。

Claims (8)

1.一种平面多端口高隔离宽频带三工集成天线，其特征在于，所述的三工集成天线基于单层介质板，介质板的下表面是天线的接地金属贴片，基于介质板两宽边中点连线为中心轴对称的蚀刻了两个方形槽，两个方形槽之间蚀刻了缝隙长条进行连接，进而呈现出哑铃型槽；

介质板的上表面设有部分馈电结构，天线具有三个端口：第一端口和第三端口的馈电网络位于介质板的顶层，且第一端口位于介质板的垂直中心线下方中心；第三端口与第二端口对称分布在介质板的左右两侧边缘中心；第二端口的馈电网络与接地面共同贴覆于介质板的底层；

所述第一端口为缝隙耦合馈电，馈电网络由馈电线和阶跃阻抗谐振器组成；对应于低频的工作频段，包括三个谐振极点，通过调节谐振极点所在频点的距离有效的拓宽了工作带宽；三个谐振极点分别由介质板下表面的哑铃型槽、介质板上表面第二端口的T型微带线和第一端口的阶跃阻抗谐振器产生；

第一端口所在工作频段中带有三个辐射零点，分别由哑铃型槽和阶跃阻抗谐振器产生；辐射零点辅助判断天线的远场辐射效果，在工作频段增益较高，在工作频段附近的频点有增益抑制效果，提高滤波天线的选择性；

第二端口为共面波导馈电，包括位于第一端口右侧哑铃槽内的馈电线和对称的两段Y型微带枝节；单个的Y型微带枝节在第二端口的耦合激励中会产生两个谐振模式，即双频辐射模式，两个对称放置的Y型微带枝节通过调整距离改变耦合强度，使得在第二端口所需的工作频段产生两至三个谐振极点，拓宽了工作带宽；

同时，单个Y型微带枝节本身的对称结构，以及以馈电线为对称轴放置的两个Y型微带枝节，在第二端口工作频段的仿真增益中产生多个辐射零点，原因是在激励时多个模式都产生反向电流，在远场辐射相互抵消，实现了良好的频率选择性；

第三端口为耦合馈电，包括馈电线和T’型微带线枝节，馈电线是一条末端两弯折的T型微带线，位于介质板的上表面；同时，在第三端口正下方的位于第一端口左侧哑铃型槽内布有T’型微带线枝节，槽内的T’型微带线枝节与接地金属贴片连接，通过调节馈电线以及T’型微带线的尺寸和位置，调节第三端口工作频段中两个模式的工作频率；

T型微带线在激励时产生双频辐射，通过接地的T’型微带线，当在第三端口进行激励时，两个T型微带线的反向电流在低频处产生辐射零点，从而抑制了上述双频辐射中的低频辐射，在较高的工作频段中增加了一个谐振极点，使得第三端口的工作频段包含两个谐振极点，有效拓宽了工作带宽。

2.如权利要求1所述的一种平面多端口高隔离宽频带三工集成天线，其特征在于，所述的第一端口馈电线在介质板底层的投影位于缝隙长条的中心位置，垂直于缝隙长条；第三端口的馈电线延长线与第一端口的馈电线互相垂直，且位于顶层第一端口馈电网络的左侧中心，正对左侧的哑铃型槽上方；第二端口的馈电线设置在第一端口馈电网络的右侧中心，与第三端口正对，延伸至右侧的哑铃型槽内部；第二端口与第三端口同处于介质板两窄边中点连线上。

3.如权利要求1所述的一种平面多端口高隔离宽频带三工集成天线，其特征在于，所述第一端口的馈电线起始于介质板顶层宽边边缘的表面中心，穿过缝隙长条所在的水平线，在介质板上表面的中心位置，馈电线的末端引入一个圆形贴片，以改善端口的阻抗匹配。

4.如权利要求1所述的一种平面多端口高隔离宽频带三工集成天线，其特征在于，所述第一端口的阶跃阻抗谐振器为一对，以馈电线为中心轴，包括对称分布的五段微带线，呈“几”字形；第一段微带线与馈电线垂直相交，位于最上端；第二和第三段微带线与第一段微带线两末端分别连接且均与馈电线平行，第四和第五段微带线分别与第二和三段微带线末端连接，位于最下端，且与第一段微带线平行，宽度大于第一、第二和第三段微带线的宽度。

5.如权利要求1所述的一种平面多端口高隔离宽频带三工集成天线，其特征在于，所述第二端口的馈电线采用T型微带线，伸入右侧的哑铃型槽内，T型微带线两侧末端分别带有一段与之相垂直的短微带线；同时，槽内中心线上加载有两个Y型微带枝节，以馈电线为中轴线对称分布；T型微带线和两个Y型微带枝节之间留有缝隙；Y型微带枝节与接地金属贴片相连接，通过调整尺寸和位置对频率进行调整。

6.如权利要求1所述的一种平面多端口高隔离宽频带三工集成天线，其特征在于，所述第三端口中T型微带线和T’型微带线枝节朝向一致，尾部在同一平面上的投影重合，且T’型微带线的尾部微带线比T型微带线的尾部微带线稍宽；在T型和T’型微带线两侧末端分别连接两段短微带线，且两两垂直；两个T型微带线远离馈电侧的末端在同一平面上的投影无缝隙相连，两弯折方向相反。

7.如权利要求1所述的一种平面多端口高隔离宽频带三工集成天线，其特征在于，所述三个馈电端口同时激励，实现天线的同时发送与接收，不同的馈电方式有助于实现较高的端口隔离度。

8.如权利要求1所述的一种平面多端口高隔离宽频带三工集成天线，其特征在于，所述的天线馈电端口均为SMA连接头。

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