CN113922091B - 基于微带贴片和基片集成波导谐振器的双频宽带滤波天线 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及天线与微波技术和无线通信领域，具体公开了一种基于微带贴片和基片集成波导谐振器的双频宽带滤波天线。在同层介质基板上分别设计了能够实现信号辐射的矩形微带贴片(1)和基片集成波导谐振器(2)，矩形微带贴片嵌入矩形基片集成波导谐振器。通过在矩形贴片谐振器加载短路针和去除矩形基片集成波导谐振器外围部分金属柱，让天线产生两两靠近的四个具有相同辐射特性的谐振点，实现双频宽带的效果；借助滤波网络综合原理，利用双谐振器的组合设计引入了三个辐射零点，从而提高通带选择性和带外抑制；由于双谐振器的充分融合以及无额外电路的引入，天线还具有结构紧凑、损耗小等特点。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于微带贴片和基片集成波导谐振器的双频宽带滤波天线，属于天线与微波技术和无线通信领域。
背景技术
近年来，随着无线通信技术的迅猛发展，无线通信系统需要具备小型化、多功能、高性等特点，这对微波器件提出了更高的要求。作为射频前端重要的组成部分，天线对整个系统的性能起到了关键作用，各种形式的天线也都朝着性能多样化和尺寸小型化的方向发展。双频天线可以有效减少天线单元个数和整体尺寸；滤波天线通过将滤波功能集成到天线设计中，可以省去滤波器的使用，从而减少系统中微波器件数量和去除器件级联时的损耗；因此，集成双频工作和滤波功能的双频滤波天线成为了天线领域的研究热点。
在多种天线中，微带天线贴片因其结构简单、加工成本低、增益高、尺寸小等优点，被广泛地应用到微波系统中，但是普通微带贴片天线的带宽较窄，难以实现双频工作，且不具备滤波特性。与此同时，基片集成波导也具有微带贴片天线类似的优势和局限，同时，它也可用微带贴片谐振器相同的加工工艺实现。因此，集成微带贴片谐振器和基片集成波导谐振器进行天线设计具有可行性。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种基于微带贴片和基片集成波导谐振器的双频宽带滤波天线，该天线可以在高低两个频段上实现宽带特性，且两个频带内辐射特性一致，且通带内具有稳定的辐射性能，通带外具有良好的带外抑制特性。该天线尺寸小，结构简单、易于加工，在未增加天线尺寸的前提下即可实现双频宽带工作，在现代无线通信领域有广泛的应用前景。
本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：
本发明提供一种基于微带贴片和基片集成波导谐振器的双频宽带滤波天线，包括形成于同一介质基板上具有相同辐射特性的微带贴片谐振器和基片集成波导谐振器，其中，所述基片集成波导谐振器的中心有开槽，所述微带贴片谐振器嵌在所述开槽的中心，所述开槽的形状与所述微带贴片谐振器的相同，所述开槽的尺寸略大于所述微带贴片谐振器；
所述微带贴片谐振器内有两列均匀排布的连接微带贴片与地板的短路钉，两列短路钉关于微带贴片的对称轴对称；
在所述基片集成波导谐振器中去除对称分布的四段短路钉；
所述基片集成波导谐振器上设置两个对称的同轴馈电点，形成差分馈电单元。
作为本发明的进一步优化方案：所述微带贴片谐振器的形状是对称形状，可以是矩形或圆形或对称多边形。
作为本发明的进一步优化方案：所述基片集成波导谐振器的形状是对称形状，可以是矩形或圆形或对称多边形。
作为本发明的进一步优化方案：所述基片集成波导谐振器中心的槽尺寸可以改变。
作为本发明的进一步优化方案：所述介质基板与基片集成波导谐振器的尺寸相同。
作为本发明的进一步优化方案：介质基板的介电常数为1到20。
本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：本发明能够在不增加普通微带贴片天线或基片集成波导天线尺寸的前提下，通过将微带贴片谐振器和基片集成波导谐振器融合起来，在微带贴片谐振器上加载短路钉，在基片集成波导谐振器中心开槽和去除其外围部分短路钉，使天线产生四个两两靠近的具有相同辐射特性的谐振点，达到双频宽带的效果。与此同时，借助滤波网络综合原理，通过利用两种谐振器之间的耦合与共同辐射，产生三个辐射零点，实现滤波的效果。该天线尺寸小、结构简单、易于加工实现，无需外加额外结构即可实现稳定的双频宽带辐射和滤波特性，在无线通信领域具有广泛的应用前景。
附图说明
图1是天线的正面结构与参考坐标示意图；
图2是天线的三维立体示意图与参考坐标示意图；
图3是采用HFSS软件计算的天线反射系数和辐射增益特性；
图4是采用HFSS软件计算的天线辐射方向图，其中，(a)是第一个通带中心频率上的方向图，(b)是第二个通带中心频率上的方向图；
其中，1是矩形微带贴片谐振器，2是矩形集成波导谐振器，3是短路钉，4是基片集成波导谐振器外围去除短路钉部分，5是矩形槽，6是差分馈电单元，7是介质基板，8是接地板。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：
本发明提出一种基于微带贴片和基片集成波导谐振器的双频宽带滤波天线的设计方法，可在高低两个频段上实现宽带特性，带内具有稳定辐射，带外辐射被有效抑制，该天线结构简单、尺寸小、剖面低、便于加工实现，具有多功能和小型化的优势，在无线通信领域具有广泛的应用前景。
在一个实施例中，如图1、图2所示，本发明提供一种基于微带贴片和基片集成波导谐振器的双频宽带滤波天线，该天线可以制作在介电常数为1-20的介质上。该天线由矩形微带贴片谐振器1和矩形基片集成波导谐振器2组成。矩形微带贴片谐振器1上对称加载了两列均匀排列的短路钉3，短路钉3连接贴片与地板。基片集成波导谐振器2外围短路钉被对称的去掉四段4，且正中间开矩形槽5(尺寸略大于矩形微带贴片谐振器1)，矩形微带贴片谐振器1嵌在矩形槽5的中心。由两个同轴馈电点构成的差分馈电单元6对称分布在矩形基片集成波导谐振器2上。介质基板7的尺寸与矩形基片集成波导谐振器2的尺寸相同。
在一个实施例中，采用介电常数为2.33的Rogers 5880介质基板，厚度为3.175mm。矩形微带贴片谐振器的长宽分布为36.5mm和42.6mm，矩形微带贴片谐振器中相邻短路钉间距为5.8mm且两列短路钉之间间距为21.6mm。矩形基片集成波导谐振器的长和宽分别为81.6mm和58.4mm，中心所开矩形槽长和宽分别为47.4mm和44.6mm，所去掉的外围短路钉部分的长度为15.5mm，两个馈电点间的间距为65.4mm。利用HFSS软件仿真计算得到了天线各项特性。
图3是采用HFSS软件计算的天线反射系数和辐射增益特性，该天线在3.29-3.60GHz和5.63-5.93GHz频段内，反射系数都在-10dB以下，增益都在8.4dBi以上。通带外由三个辐射零点，分别位于3.72、5.30和5.93GHz。
图4是采用HFSS软件计算的天线的辐射方向图，其中的(a)和(b)分别表示在第一和第二两个通带中心频率(3.45GHz和5.78GHz)上的方向图。由图可见，两个通带上的方向图一致，均朝着垂直天线的方向辐射。
综上所述，本发明一种基于微带贴片和基片集成波导谐振器的双频宽带滤波天线，可实现天线的四谐，谐振点两两靠近，形成双频宽带，带内辐射一致；三个辐射零点大大提高了通带的频率选择性，带外抑制得到提升。该天线尺寸小、剖面低、易加工、易集成，具有小型化和多功能的优势，在无线通信系统中有广阔的应用前景。
本技术领域技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
以上所述，仅为本发明中的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可理解想到的变换或替换，都应涵盖在本发明的包含范围之内，因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
Claims (7)
1.一种基于微带贴片和基片集成波导谐振器的双频宽带滤波天线，其特征在于：包括形成于同一介质基板(7)上具有相同辐射特性的微带贴片谐振器(1)和基片集成波导谐振器(2)，其中，所述基片集成波导谐振器(2)的中心有开槽(5)，所述微带贴片谐振器(1)嵌在所述开槽(5)的中心，所述开槽(5)的形状与所述微带贴片谐振器(1)的相同，所述开槽(5)的尺寸小于所述微带贴片谐振器(1)；
所述微带贴片谐振器(1)内有两列均匀排布的连接微带贴片与地板的短路钉(3)，两列短路钉(3)关于微带贴片的对称轴对称；
在所述基片集成波导谐振器(2)中去除对称分布的四段短路钉(4)；
所述基片集成波导谐振器(2)上设置两个对称的同轴馈电点，形成差分馈电单元(6)。
2.根据权利要求1所述的一种基于微带贴片和基片集成波导谐振器的双频宽带滤波天线，其特征在于：所述微带贴片谐振器(1)的形状是对称形状。
3.根据权利要求1所述的一种基于微带贴片和基片集成波导谐振器的双频宽带滤波天线，其特征在于：所述微带贴片谐振器(1)的形状为矩形或圆形或对称多边形。
4.根据权利要求1所述的一种基于微带贴片和基片集成波导谐振器的双频宽带滤波天线，其特征在于：所述基片集成波导谐振器(2)的形状是对称形状。
5.根据权利要求1所述的一种基于微带贴片和基片集成波导谐振器的双频宽带滤波天线，其特征在于：所述基片集成波导谐振器(2)的形状是矩形或圆形或对称多边形。
6.根据权利要求1所述的一种基于微带贴片和基片集成波导谐振器的双频宽带滤波天线，其特征在于：所述介质基板(7)的介电常数为1-20。
7.根据权利要求1所述的一种基于微带贴片和基片集成波导谐振器的双频宽带滤波天线，其特征在于：所述介质基板(7)与基片集成波导谐振器(2)的尺寸相同。
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