CN115275617A - 一种基于短路寄生贴片的高选择性滤波天线 - Google Patents

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唐浩淳
鞠博
黄浩扬
潘帅宇
胡坤志
王瑞琼
罗樟
宋珑瑀
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Abstract

本发明涉及一种基于短路寄生贴片的高选择性滤波天线，属于无线能量传输领域，包括介质基板、底馈激励源、一排金属通孔；所述介质基板的上表面设有短路寄生贴片、中心E形驱动贴片；所述介质基板的下表面设有接地金属板；所述接地金属板上蚀刻有底部DGS，所述底部DGS包括一条纵向矩形槽和两条横向矩形槽，所述底部DGS延接地金属板中轴线对称；所述底馈激励源贯穿介质基板、接地金属板和中心E形驱动贴片；所述一排金属通孔贯穿介质基板、接地金属板和短路寄生贴片。

Description

一种基于短路寄生贴片的高选择性滤波天线
技术领域
本发明属于无线能量传输领域，涉及一种基于短路寄生贴片的高选择性滤波天线。
背景技术
通信领域快速发展，对射频前端的小型化也有了更高的要求。在通信事业快速发展的今天，各种不同的无线设备出现在了我们的生活中，这一切向好的发展中也带来了新的问题，不同的无线设备他们在空间中并没有相互隔离。面对此问题，如何降低彼此间的干扰是一个值得研究的问题。传统的射频前端系统为保证信号的准确传输需要滤波器来滤除掉带外信号，故滤波器成为了必不可少的一个器件。但有了滤波器的射频前端不可避免的造成电路尺寸过大，同时会带来额外的插入损耗。因此，若发射的天线能有滤波的效果，可减少射频前端的尺寸，并且能减少插入损耗。但要使天线具有滤波效果那么对天线的带外抑制能力有着很高的要求。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于短路寄生贴片的高选择性滤波天线用于简化整体结构，降低成本，同时提升滤波和传输效果。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种基于短路寄生贴片的高选择性滤波天线，包括介质基板、底馈激励源、一排金属通孔；所述介质基板的上表面设有短路寄生贴片、中心E形驱动贴片；所述介质基板的下表面设有接地金属板；所述接地金属板上蚀刻有底部DGS，所述底部DGS包括一条纵向矩形槽和两条横向矩形槽，所述底部DGS延接地金属板中轴线对称；所述底馈激励源贯穿介质基板、接地金属板和中心E形驱动贴片；所述一排金属通孔贯穿介质基板、接地金属板和短路寄生贴片。
进一步，工作的中心频率为3GHz，相对带宽为8.66％，2.86-3.13GHz。
进一步，介质基板的相对介电常数为3，损耗角正切为0.002。
进一步，所述接地金属板、中心E形驱动贴片、短路寄生贴片的厚度相同。
进一步，所述底部DGS的横向矩形槽长度为14.8mm，纵向矩形槽长度为4.8mm，宽度都为0.3mm。
进一步，所述金属通孔直径为d＝1mm，金属通孔中心间距均为s＝1.2～1.5mm。
进一步，天线的剖面高度为0.0157λ0，尺寸仅为
Figure BDA0003786717610000021
λ0为波长。
进一步，所述介质基板长为55.6mm，宽为29mm，厚度为1.575mm。
进一步，所述中心E形驱动贴片的长为28mm，宽为26mm。
进一步，所述短路寄生贴片长为14mm，宽为25.9mm；所述底馈激励源直径为0.96mm。
本发明的有益效果在于：
(1)使用E形驱动贴片，得到低频辐射零点和谐振点，并且使用短路寄生贴片与驱动贴片的电容耦合，增加谐振点和高频辐射零点，以扩大带宽并提升高频滤波效果。此外，在底部GND蚀刻了U形槽，以增加表面电流的有效路径长度，获得了新的高频辐射零点提高低频滤波效果。
(2)此天线工作的中心频率为3GHz，相对带宽为8.66％(2.86-3.13GHz)，可实现最大增益达到了5.1dBi。
(3)在实现高带宽的同时保持着低剖面与小型化。剖面高度为0.0157λ0，尺寸仅为
Figure BDA0003786717610000022
Figure BDA0003786717610000023
天线带外抑制非常明显，并且保证了小尺寸低剖面的效果，达到小型化设计目的，具有一定的工程实用价值。
本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：
图1为基于短路寄生贴片的高选择性滤波天线立体结构图；
图2为基于短路寄生贴片的高选择性滤波天线的尺寸示意图；
图3为基于短路寄生贴片的高选择性滤波天线的S参数和可实现增益曲线仿真图；
图4为基于短路寄生贴片的高选择性滤波天线3个谐振频点的E面、H面归一化方向图；其中(a)为2.91GHz E面方向图，(b)为2.91GHz H面方向图，(c)为3.02GHz E面方向图，(d)为3.02GHz H面方向图，(e)为3.11GHz E面方向图，(f)为3.11GHz H面方向图。
附图标记：介质基板1、接地金属板2、金属通孔3、短路寄生贴片4、中心E形驱动贴片5、底部DGS6、底馈激励源7。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本发明的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”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发明和简化描述，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，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制，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的具体含义。
参见附图1-4，本发明为一种基于短路寄生贴片的高选择性滤波天线，其特征在于：该天线包括介质基板1、接地金属板2、金属通孔3、短路寄生贴片4、中心E形驱动贴片5、底部DGS6、底馈激励源7；介质基板1的上表面设置中心E形驱动贴片5、短路寄生贴片4，在介质基板1下表面设置接地金属板2。底部DGS6蚀刻在接地金属板2上，为延接地金属板2中轴线对称的U形槽；底馈激励源7贯穿介质基板1、接地金属板2、中心E形驱动贴片5；金属通孔3贯穿介质基板1、接地金属板2、短路寄生贴片4，并分布在短路寄生贴片4一边；
接地平面与介质基板大小相同，均长为55.6mm，宽为29mm。中心E动贴片的长为28mm、宽为26mm，短路寄生贴片的长为14mm、宽为25.9mm。介质基板的厚度为1.575mm，接地平面、中心驱动贴片、一对短路寄生贴片的铜厚均为0.017mm。
金属通孔贯穿接地平面、介质基板、短路寄生贴片，其直径d＝1mm，金属通孔中心间距均为s＝1.5mm。
介质基板材料选用了Arlon AD300A，相对介电常数为3，损耗角正切为0.002。
完成上述的初始设计之后，使用高频电磁仿真软件HFSS2020.R2进行仿真分析，经过仿真优化之后得到各项参数尺寸如表1所示：
表1
L＝55.6 L<sub>1</sub>＝28 L<sub>2</sub>＝14 W＝29
W<sub>1</sub>＝25.9 d＝3.2 d<sub>1</sub>＝12.3 d<sub>2</sub>＝4.6
d<sub>3</sub>＝1 d<sub>4</sub>＝0.5 a＝14.8 a<sub>1</sub>＝4.8
a<sub>2</sub>＝0.3 h＝1.575
参照附图2，L、W为介质基板和接地平面的长和宽，L1、W1为中心驱动贴片的长和宽，L2为短路寄生贴片的长，d为中心驱动贴片和短路寄生贴片的距离，d1为E形驱动贴片上宽槽的长，d2为E形驱动贴片上宽槽的宽，d3为金属通孔的直径，d4为金属通孔的间的距离，a为底部DGS横向的长，a1为底部DGS纵向的长，a2为底部DGS的宽，h为介质基板厚度。
依照表1中的参数，使用HFSS对所设计的一种基于短路寄生贴片的高选择性滤波天线的反射系数|S11|特性参数和可实现增益进行仿真分析，其分析结果如下：
图3为本发明的仿真得到的S参数和可实现增益仿真和实测随频率变化的曲线图。如图所示，从实测结果看S11在-10dB以下的阻抗带宽相比仿真结果有了些许扩大。工作频带为2.87到3.13GHz，带宽达到了8.66％。测试的可实现增益曲线表明，带内最大可实现增益达到了5.1dBi，且在通带内增益响应平坦。此外，在通带的上下边缘各辐射零点，提高了滤波效果。图4中的(a)～(f)为仿真的天线在三个谐振频点时仿真与实测在E面和H面的方向图，从图中可以看出，天线具有良好的边射辐射特性。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种基于短路寄生贴片的高选择性滤波天线，其特征在于：包括介质基板、底馈激励源、一排金属通孔；所述介质基板的上表面设有短路寄生贴片、中心E形驱动贴片；所述介质基板的下表面设有接地金属板；所述接地金属板上蚀刻有底部DGS，所述底部DGS包括一条纵向矩形槽和两条横向矩形槽，所述底部DGS延接地金属板中轴线对称；所述底馈激励源贯穿介质基板、接地金属板和中心E形驱动贴片；所述一排金属通孔贯穿介质基板、接地金属板和短路寄生贴片。
2.根据权利要求1所述的基于短路寄生贴片的高选择性滤波天线，其特征在于：工作的中心频率为3GHz，相对带宽为8.66％，2.86-3.13GHz。
3.根据权利要求1所述的基于短路寄生贴片的高选择性滤波天线，其特征在于：介质基板的相对介电常数为3，损耗角正切为0.002。
4.根据权利要求1所述的基于短路寄生贴片的高选择性滤波天线，其特征在于：所述接地金属板、中心E形驱动贴片、短路寄生贴片的厚度相同。
5.根据权利要求1所述的基于短路寄生贴片的高选择性滤波天线，其特征在于：所述底部DGS的横向矩形槽长度为14.8mm，纵向矩形槽长度为4.8mm，宽度都为0.3mm。
6.根据权利要求1所述的基于短路寄生贴片的高选择性滤波天线，其特征在于：所述金属通孔直径为d＝1mm，金属通孔中心间距均为s＝1.2～1.5mm。
7.根据权利要求1所述的基于短路寄生贴片的高选择性滤波天线，其特征在于：天线的剖面高度为0.0157λ0，尺寸仅为0.16
Figure FDA0003786717600000011
λ0为波长。
8.根据权利要求1所述的基于短路寄生贴片的高选择性滤波天线，其特征在于：所述介质基板长为55.6mm，宽为29mm，厚度为1.575mm。
9.根据权利要求1所述的基于短路寄生贴片的高选择性滤波天线，其特征在于：所述中心E形驱动贴片的长为28mm，宽为26mm。
10.根据权利要求1所述的基于短路寄生贴片的高选择性滤波天线，其特征在于：所述短路寄生贴片长为14mm，宽为25.9mm；所述底馈激励源直径为0.96mm。
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