CN205657172U - 介质谐振器滤波天线 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了介质谐振器滤波天线。该天线通过微带耦合缝隙从底部馈电，同时激励3个模式产生宽的辐射通带，通过采用一对间隔缝隙来激励楔形的介质谐振器天线以提高增益。馈电微带线的开路枝节可以提供两个靠近通带边沿的辐射零点。寄生微带线平行地添加到馈电微带线的两侧，用以提高高频阻带的带外抑制水平；而将耦合缝隙从中间分开用来提高低频阻带的带外抑制水平。本实用新型具有准椭圆函数带通响应，且结构简单，未使用复杂的滤波电路。该设计的10dB阻抗带宽可以达到23%，带内平均增益9.05dBi，在很宽的阻带范围内带外抑制超过25dB。通过调整天线尺寸，本实用新型还可实现不同的带宽特性（13%‑23%）。
Description
技术领域
本实用新型涉及无线移动通信领域的天线，特别涉及一种可应用于移动通信基站等射频终端的紧凑型、宽带、高增益介质谐振器滤波天线。
背景技术
无线通信系统中，集成模块备受关注。天线和滤波器是射频前端两个不可或缺的元件。通常，天线和滤波器是作为两个元件进行独立设计，然后将它们分别匹配到50Ω标准端口，再将二者级联。如此以来，使整个模块尺寸增加，这对于空间有限的射频前端是不利的。又由于滤波器和天线的带宽往往不是完全一致的，导致滤波效果受到影响。为了克服这些问题，滤波器和天线集成为一个模块被提出。
现在大多数滤波器和天线的集成方案采用了协同设计，在这种方案中天线和滤波器直接连接，不用再分别匹配到50Ω标准端口。协同设计减小了模块尺寸，避免了匹配到标准端口引起的损耗。虽然滤波器和天线的协同设计在一定程度上改善了模块性能，但是由于滤波器的损耗不可避免，特别是需要多阶谐振器的时候，往往导致损耗更严重，这就导致天线增益相对较低。
现阶段很少有天线设计能够具有较好的滤波效果又不使用复杂的滤波电路。此外，很多应用需要滤波天线具有较宽的带宽和相对较高的增益。
实用新型内容
本实用新型克服了现有技术存在的不足，采用滤波器和天线融合设计的理论，提供一种可应用于移动通信基站等射频终端的紧凑型、宽带、高增益介质谐振器滤波天线。
本实用新型所采用的技术方案如下。
介质谐振器滤波天线，其包括介质谐振器、位于介质谐振器下面的介质基板、位于介质基板上表面的地板、地板上设有的缝隙以及介质基板下表面蚀刻的馈电微带线和寄生微带线；两条所述缝隙在地板长度方向上镜像对称；每条缝隙中间被分隔开形成镜像对称的两段耦合缝隙，用来抑制天线的低频阻带谐振；两条缝隙之间的间距为天线中心频率对应的介质中的一个波长；馈电微带线位于两条所述缝隙的中间点连线下方，馈电微带线提供两个靠近天线通带两侧的辐射零点；四条所述寄生微带线对称间隔分布在馈电微带线的两侧且位于两条所述缝隙的下方，用于在天线高频阻带产生辐射零点。
进一步地，天线的10dB阻抗带宽在13％-23％中可调。
进一步地，所述介质谐振器顶部凸出，为锲形、半圆柱或半球。
进一步地，馈电微带线的开路枝节的长度lm可取天线通带左右两边辐射零点的频率fl和fh对应的介质中的半波长lml和lmh的整数倍N1lml和N2lmh附近±1/10λc范围内的值，即N1lml-1/10λc<lm<N1lml+1/10λc和N2lmh-1/10λc<lm<N2lmh+1/10λc，N1,N2为正整数，λc为中心频率对应介质中的波长。进一步地，馈电微带线(4)的开路枝节的长度lm满足N1lml-1/10λc<lm<N1lml+1/10λc和N2lmh-1/10λc<lm<N2lmh+1/10λc，且同时满足lm取最小值。
进一步地，每条寄生微带线(6)的长度lp在其产生辐射零点的频率对应介质中的半波长1/2λg附近±1/10λg即1/2λg-1/10λg<lp<1/2λg+1/10λg，λg为介质中的波长。
与现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果：
1.采用介质谐振器可以产生多个模式，形成较宽的带宽，并且带宽可以通过改变介质谐振器的尺寸来调节，本实用新型中天线的10dB阻抗带宽可以在13％-23％之间调节。
2.科学设计馈电微带线开路枝节的长度引入辐射零点，并通过间隔缝隙以及添加寄生微带线提高阻带抑制，从而将滤波效果融合到天线设计中，未引入复杂的滤波电路，天线损耗低。
3.所述滤波天线具有结构紧凑、宽带、高增益的特点。天线的10dB阻抗带宽可达到23％，天线平均增益9.05dBi,带外抑制超过25dB，具有较宽的阻带。
附图说明
图1是本实用新型介质谐振器滤波天线具体实施例的侧视图；
图2是本实用新型介质谐振器滤波天线具体实施例的俯视图；
图3是本实用新型介质谐振器滤波天线具体实施例的地板的俯视图；
图4是本实用新型介质谐振器滤波天线具体实施例的仰视图；
图5是本实用新型介质谐振器滤波天线具体实施例的S11参数的仿真和测试曲线图；
图6是本实用新型介质谐振器滤波天线具体实施例的增益仿真和测试曲线图；
图7是本实用新型介质谐振器滤波天线具体实施例在5GHz的归一化辐射方向图；
图8是本实用新型介质谐振器滤波天线具体实施例调整为宽带和窄带的S11参数仿真曲线图；
图9是本实用新型介质谐振器滤波天线具体实施例调整为宽带和窄带的增益仿真曲线图。
具体实施方式
以下结合附图和实例对本实用新型的实施作进一步说明，但本实用新型的实施和保护范围不限于此。
仅作为实例，一种工作在5GHz的宽带、高增益介质谐振器滤波天线。图1本实施例天线的侧视图。本实施例的介质谐振器1采用相对介电常数εr＝10的介质材料加工，顶端锲形有利于降低辐射旁瓣。上面尖顶高度4mm,下部厚度h＝3mm，长l＝63mm，宽w＝40mm；介质基板3采用厚度h1＝0.813mm的RO4003。
图2是本实施例的俯视图。参阅图3，本实施例的地板2,即介质基板3的上表面。两条缝隙5在地板长度方向上镜像对称；每条缝隙5中间被分隔开形成镜像对称的两段耦合缝隙，用来抑制天线的低频阻带谐振；两条缝隙5之间的间距为天线中心频率对应的介质中的一个波长。图4是本实施例的介质基板3的下表面，馈电微带线4的开路枝节的长度lm(即从靠近馈电微带线4一侧的缝隙5正下方的位置至馈电微带线的开路端的长度)可取天线通带左右两边辐射零点的频率fl和fh对应的介质中的半波长lml和lmh(c是真空中光速，εe有效介电常数)的整数倍N1lml和N2lmh(N1,N2为任意正整数)附近±1/10λc(λc,中心频率对应介质中的波长)范围内的值，即N1lml-1/10λc<lm<N1lml+1/10λc和N2lmh-1/10λc<lm<N2lmh+1/10λc。为了尽量减小电路尺寸，lm取能使N1lml-1/10λc<lm<N1lml+1/10λc和N2lmh-1/10λc<lm<N2lmh+1/10λc同时满足lm取最小值，本实施例中一个优选尺寸lm取45.2mm。四条寄生微带线6对称间隔分布在馈电微带线4的两侧且位于两条所述缝隙5的下方，用于在天线高频阻带产生辐射零点。寄生微带线6的长度lp在其产生的辐射零点的频率对应的介质中的半波长1/2λg附近1/10λg(λg，介质中的波长)范围内,1/2λg-1/10λg<lp<1/2λg+1/10λg。
参阅图5，本实用新型实施例的仿真和测试的S11参数，虚线为测试结果。10dB阻抗带宽20.3％；参阅图6，本实用新型实施例的仿真和测试的增益曲线，测试的带内平均增益9.05dB，具有很好的频率选择性，带外抑制超过25dB，有很宽的阻带。参阅图7，本实用新型实施例在5GHz的归一化方向图。最大辐射方向在辐射体的正上方，主极化比交叉极化大25dBi以上。通带内其他频率的方向图与5GHz的方向图类似，整个通带内方向图比较稳定。
参阅图8，本实用新型实施例通过调整参数分别实现宽带和窄带两种情况的S11参数曲线图，宽带模型的10dB阻抗带宽23％，窄带模型的10dB阻抗带宽13％。图9是本实用新型实施例实现宽带和窄带模型的增益曲线图，宽带和窄带模型仿真的最大增益分别为9.36dBi和9.4dBi。
本实用新型提供的实施例应用于无线移动通信领域，可应用于各类无线通信系统的接收和发射设备中，受益于本实用新型将天线设计与滤波器设计融为一体，可以得到更加简单的模块结构，易于加工，降低射频前端的复杂度和成本，提高了模块的整体性能。
综上所述仅为本实用新型的较佳实例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、简化、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (5)
1.介质谐振器滤波天线，其特征在于包括介质谐振器(1)、位于介质谐振器(1)下面的介质基板(3)、位于介质基板上表面的地板(2)、地板上设有的缝隙(5)以及介质基板下表面蚀刻的馈电微带线(4)和寄生微带线(6)；两条所述缝隙(5)在地板长度方向上镜像对称；每条缝隙(5)中间被分隔开形成镜像对称的两段耦合缝隙，用来抑制天线的低频阻带谐振；两条缝隙(5)之间的间距为天线中心频率对应的介质中的一个波长；馈电微带线(4)位于两条所述缝隙(5)的中间点连线下方，馈电微带线(4)提供两个靠近天线通带两侧的辐射零点；四条所述寄生微带线(6)对称间隔分布在馈电微带线(4)的两侧且位于两条所述缝隙(5)的下方，用于在天线高频阻带产生辐射零点。
2.根据权利要求1所述的介质谐振器滤波天线，其特征在于所述介质谐振器顶部凸出，为锲形、半圆柱或半球。
3.根据权利要求1所述的介质谐振器滤波天线，其特征在于，馈电微带线(4)的开路枝节的长度lm取天线通带左右两边辐射零点的频率fl和fh对应的介质中的半波长lml和lmh的整数倍N1lml和N2lmh附近±1/10λc范围内的值，即N1lml-1/10λc<lm<N1lml+1/10λc和N2lmh-1/10λc<lm<N2lmh+1/10λc，N1,N2为正整数，λc为中心频率对应介质中的波长。
4.根据权利要求3所述的介质谐振器滤波天线，其特征在于，馈电微带线(4)的开路枝节的长度lm满足N1lml-1/10λc<lm<N1lml+1/10λc和N2lmh-1/10λc<lm<N2lmh+1/10λc，且同时满足lm取最小值。
5.根据权利要求1所述的介质谐振器滤波天线，其特征在于，每条寄生微带线(6)的长度lp在其产生辐射零点的频率对应介质中的半波长1/2λg附近±1/10λg即1/2λg-1/10λg<lp<1/2λg+1/10λg，λg为介质中的波长。
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106099360A (zh) * | 2016-05-20 | 2016-11-09 | 华南理工大学 | 介质谐振器滤波天线 |
| CN112736426A (zh) * | 2020-12-23 | 2021-04-30 | 西安交通大学 | 一种基于多模谐振器的宽带介质谐振器滤波天线 |
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2016
- 2016-05-20 CN CN201620475354.6U patent/CN205657172U/zh not_active Expired - Fee Related
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