CN117578068A - 具有高频率选择性的磁电偶极子滤波天线 - Google Patents
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Abstract
本发明属于无线通信技术领域，涉及一种具有高频率选择性的磁电偶极子滤波天线，包括电平面、寄生贴片、倾斜磁平面、地板，通过倾斜磁平面，消除S11曲线在低频段的微弱谐振点，从而增大低频段增益的抑制水平。通过在电平面的中间位置平行于宽边开一个矩形槽，在电平面上形成反向电流，从而在高频段引入增益零点，槽的长度大致对应于增益零点处频点的四分之一波长。通过在电平面的两边相同高度地平行放置一对金属片，金属片上的电流方向与电平面上的相反，从而在高频段引入增益零点，其中金属片的长度对应于增益零点频点处的四分之一波长。采用缝隙耦合馈电方式，并通过调整微带线的宽度和长度以及基板的厚度进行阻抗匹配，从而增大S11的工作带宽。
Description
技术领域
本发明属于无线通信技术领域，特别涉及一种具有高频率选择性的磁电偶极子滤波天线。
背景技术
随着无线通讯设备的广泛使用，无线电频谱资源变得越来越紧张，而且不同的无线通讯设备之间互相干扰情况严重，基于这种需求，滤波天线可以将除了工作频段以外的电磁波信号给过滤掉，从而降低不同通讯设备之间电磁波的干扰情况，营造一个良好的无线电通信环境。磁电偶极子天线具有工作带宽大，增益平坦，方向图对称以及前后比大的优势，将其与滤波天线技术相结合，可以实现性能更为良好的滤波天线，同时具有高增益抑制水平以及天线本身的优良性能。通过将滤波器和天线融合设计，可以降低插入损耗，提高天线的能量利用效率，同时节约电路板的空间资源。滤波天线的主要技术指标有：工作带宽，增益抑制水平，增益边缘滚降度，增益，辐射效率。
文献R. X. Hou, J. Ren, Y.-T. Liu, Y.-M. Cai, J. X. Wang and Y. Z.Yin, “Broadband Magnetoelectric Dipole Filtering Antenna for 5G Application,”IEEE Antennas Wireless Propag. Lett., vol. 22, no. 3, pp. 497–501, Mar.2023.中，提出了一种可以用于5G通信的宽带磁电偶极子滤波天线，通过采用叉型微带线缝隙馈电的方式，对天线进行激励；通过在磁平面的中间加载竖直的寄生单元，以及在电平面采用T耦合结构是天线获得了低频段-16.6dB，高频段-26dB的增益抑制水平和49.4%的相对工作带宽。
文献R. X. Hou, J. Ren, M. M. Zuo, X. Y. Du and Y. Z. Yin,“Magnetoelectric Dipole Filtering Antenna Based on CSRR With Third HarmonicSuppression,” IEEE Antennas Wireless Propag. Lett, vol. 20, no. 7, pp. 1337–1341, Jul. 2021.中，提出了一种具有三次谐波抑制功能的磁电偶极子滤波天线，通过在L型馈电探针上加载阶梯阻抗变换器以及在竖直磁平面上开互补开口谐振环来实现宽频带增益抑制的功能，增益抑制水平大于12.78dB，相对带宽为63.8%。
中国专利公开号为CN107230829A的发明专利申请公开了一种磁电偶极子滤波天线，通过在电平面上开C型槽以及在磁平面上开矩形槽的方式，达到了增益抑制的效果，S11工作带宽为1.4GHz到2.65GHz，增益抑制水平大于17dB。
目前已发表的线极化磁电偶极子滤波天线中，都存在着S11相对带宽窄或者是增益抑制水平不够高等缺点。大部分磁电偶极子滤波天线的相对带宽都集中在40%-65%这个区间，而且工作频段比较高，大部分磁电偶极子滤波天线抑制水平大约在15-17dB左右。
发明内容
针对背景技术中的问题，本发明提出了一种同时具备S11相对带宽宽且增益抑制水平高的磁电偶极子滤波天线，其中S11相对带宽为74.6%，增益抑制水平高于19dB。天线结构简单，制作成本低，可以用于移动通信设备的天线模块。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
具有高频率选择性的磁电偶极子滤波天线，包括电平面、寄生贴片、倾斜磁平面和地板，所述倾斜磁平面为两个，底端分别与地板连接，顶端相对方向分别连接有电平面，所述电平面上开有矩形槽，所述电平面两边相同高度地平行放置一对寄生贴片。
优选地，所述电平面的中间位置平行于宽边开有矩形槽。
优选地，所述寄生贴片与电平面水平距离为1mm。
优选地，所述寄生贴片通过绝缘体垫板使其与电平面相同高度。
优选地，所述绝缘体垫板采用泡沫板。
优选地，所述倾斜磁平面的底端连接一个用于焊接的水平底座，将天线与地板用焊锡固定好，增强结构上的稳定性。
优选地，所述电平面与倾斜磁平面两者夹角为102°；所述倾斜磁平面两与水平底座两者夹角为78°。
优选地，所述地板背面印刷有传输微带线，靠近地板边缘的一端接SMA头，所述地板正面开有耦合缝隙，与微带线一同构成天线的馈电网络。
优选地，所述倾斜磁平面与电平面均为金属片，并且一体成型。
优选地，所述地板为高频板材。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
（1）本发明通过倾斜磁平面，消除S11曲线在低频段的微弱谐振点，从而增大低频段增益的抑制水平。
（2）本发明通过在电平面的中间位置平行于宽边开一个矩形槽，在电平面上形成反向电流，从而在高频段引入增益零点，槽的长度大致对应于增益零点处频点的四分之一波长。
（3）本发明通过在电平面的两边相同高度地平行放置一对金属片（寄生贴片），金属片上的电流方向与电平面上的相反，从而在高频段引入增益零点，其中金属片的长度对应于增益零点频点处的四分之一波长。
（4）本发明通过在倾斜磁平面的底端连接一个用于焊接的水平底座，将天线与地板用焊锡固定好，增强结构上的稳定性。
（5）本发明采用缝隙耦合馈电方式，并通过调整微带线的宽度和长度以及基板的厚度进行阻抗匹配，从而增大S11的工作带宽。
附图说明
图1为本发明整体结构示意图。
图2为本发明地板背面示意图。
图3为本发明地板正面示意图。
图4为本发明阻抗匹配（S11）曲线图。
图5为本发明增益曲线图。
图6为本发明归一化方向图。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为实现预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。
如图1所示，具有高频率选择性的磁电偶极子滤波天线，包括一对寄生贴片2、两个电平面3、两个倾斜磁平面4、地板6。电平面3的中间位置平行于宽边均开有一个矩形槽1，通过挖空的方式构成；电平面3下面连接有倾斜磁平面4，两者一体折弯成型，夹角为102°；两个倾斜磁平面4底端连接一个用于焊接的水平底座5，水平底座5与地板6通过焊接方式连接，目的是将天线辐射体固定在地板上。电平面3两边相同高度地平行放置一对寄生贴片2，寄生贴片2距离电平面边缘距离1mm；寄生贴片放置于泡沫板上（未提供图示）以使其高度与电平面3高度相同。
如图2和图3所示，微带线7是印刷在地板背面的传输线，靠近地板边缘的一端接SMA头；耦合缝隙8通过在地板上挖空铺铜区域构成，与微带线7一同构成天线的馈电网络。
从图4中可以看出，天线的工作频段为1.72GHz到3.73GHz，相对带宽为74.6%，且超出工作频段以后，S11曲线迅速接近0dB，这说明该天线具有良好的频带边缘滚降度。
图5是天线的增益曲线，工作频段内的平均增益为8.5dBi，低频段增益抑制水平为-19.3dB，高频段增益抑制水平为-21.2dB，在工作频段以内，增益曲线十分平坦，且在左右两边的曲线滚降度良好。
图6是天线的方向图，该天线的方向图左右两边十分对称，且交叉极化与主极化数值相差明显，说明该天线具有良好的辐射性能。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简介修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (10)
1.具有高频率选择性的磁电偶极子滤波天线，其特征在于：包括电平面、寄生贴片、倾斜磁平面和地板，所述倾斜磁平面为两个，底端分别与地板连接，顶端相对方向分别连接有电平面，所述电平面上开有矩形槽，所述电平面两边相同高度地平行放置一对寄生贴片。
2.如权利要求1所述的具有高频率选择性的磁电偶极子滤波天线，其特征在于：所述电平面的中间位置平行于宽边开有矩形槽。
3.如权利要求1所述的具有高频率选择性的磁电偶极子滤波天线，其特征在于：所述寄生贴片与电平面水平距离为1mm。
4.如权利要求1所述的具有高频率选择性的磁电偶极子滤波天线，其特征在于：所述寄生贴片通过绝缘体垫板使其与电平面相同高度。
5.如权利要求4所述的具有高频率选择性的磁电偶极子滤波天线，其特征在于：所述绝缘体垫板采用泡沫板。
6.如权利要求1所述的具有高频率选择性的磁电偶极子滤波天线，其特征在于：所述倾斜磁平面的底端连接一个用于焊接的水平底座，将天线与地板用焊锡固定好，增强结构上的稳定性。
7.如权利要求6所述的具有高频率选择性的磁电偶极子滤波天线，其特征在于：所述电平面与倾斜磁平面两者夹角为102°；所述倾斜磁平面两与水平底座两者夹角为78°。
8.如权利要求1所述的具有高频率选择性的磁电偶极子滤波天线，其特征在于：所述地板背面印刷有传输微带线，靠近地板边缘的一端接SMA头，所述地板正面开有耦合缝隙，与微带线一同构成天线的馈电网络。
9.如权利要求1所述的具有高频率选择性的磁电偶极子滤波天线，其特征在于：所述倾斜磁平面与电平面均为金属片，并且一体成型。
10.如权利要求1所述的具有高频率选择性的磁电偶极子滤波天线，其特征在于：优选地，所述地板为高频板材。
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