CN206422238U - 一种具有高频率选择性的三频滤波天线 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种具有高频率选择性的三频滤波天线，包括介质板，所述介质板的底面印制有地板层，顶面印制有两个开口谐振环、一个单极子天线、馈线和微带线，所述两个开口谐振环左、右对称，两个开口谐振环的开口相对设置，且两个开口谐振环之间具有间隙，每个开口谐振环的内部均加载有两根相互垂直的枝节；其中一个开口谐振环与馈线连接，另一个开口谐振环通过微带线与单极子天线连接，所述单极子天线的内部加载有一根枝节。本实用新型有很高的选择性，通过将该滤波结构与单极子天线相结合，就获得了一个工作在2.4/5.2/6.4GHz的三频滤波天线，该天线结合了滤波器和天线的特点，不仅减少了设计的复杂度，而且结构更加紧凑并减小了损耗。

Description

一种具有高频率选择性的三频滤波天线

技术领域

本实用新型涉及一种滤波天线，尤其是一种具有高频率选择性的三频滤波天线，属于无线移动通信技术领域。

背景技术

在过去几十年的时间里，天线和滤波器是作为独立的元件进行研究和设计的，然后通过50Ω传输线连接，然而，这样直接相连，往往会导致系统损耗的增加，同时也占用了较大的系统空间。因此，这样的设计方法已经无法满足现代无线通信系统追求小型化和低损耗的要求了。

近年来，越来越多的学者提出了滤波天线的概念，即把滤波器和天线集成到同一个器件上去，使其既具有滤波特性又具有辐射特性，同时减小了系统尺寸，降低了系统的复杂度，也使得系统更加高效。

滤波天线设计是现代无线通信系统的关键技术。在滤波天线的设计中，天线不仅起到辐射单元的作用同时也被视为滤波器设计中的最后一阶谐振器，这样的话，在不需要额外的系统尺寸的同时还能很好的设计效率和很好的边缘选择性，这往往体现在增益曲线上，比起传统的天线设计，增益的矩形度要好很多，有很好的带外抑制。

目前滤波天线的设计方法有：缝隙耦合，探针耦合，微带线耦合等方法，贴片天线和单极子天线经常用在滤波天线的设计中。

据调查与了解，目前公开的现有技术如下：

1)2011年，Chao-Tang Chuang和Shyh-Jong Chung在“IEEE TRANSACTIONS ONANTENNAS AND PROPAGATION”发表题为“Synthesis and Design of a New PrintedFiltering Antenna”的文章中，较早地提出关于滤波天线的研究。文章采用传统的平行耦合线滤波器结构，在此基础上，在滤波器的尾端增加了一个倒L形的天线，实现了很好的增益矩形度，中心频率在2.45GHz。

2)2011年，Wei-Jun Wu,Ying-Zeng Yin,Shao-Li Zuo,Zhi-Ya Zhang,and Jiao-Jiao Xie等人在“IEEE ANTENNAS AND WIRELESS PROPAGATION LETTERS”发表题为“A NewCompact Filter-Antenna for Modern Wireless Communication Systems”的文章中提出了一种将两个开口谐振环和一个Γ形天线集成到一个结构中，形成滤波天线的方法。Γ形天线不仅起到了辐射作用，同时代替了原开口谐振环带通滤波器的最后一阶谐振器，实现了较好的边缘选择性，更为平坦的天线增益以及较高的带外抑制。

3)2015年，Zheng Qiang在“2015 8th International Symposium onComputational Intelligence and Design”发表题为“Simple Structure HighSelectivity Dual-Band Filtering Antenna”的文章中提出了结构简单的双频滤波天线，该结构通过在U形谐振器和倒L天线的一条边上加载枝节的方式，使其产生两个工作模式，工作频段在2.4/3.5GHz。

实用新型内容

本实用新型的目的是为了克服上述现有技术的不足之处，提供一种具有高频率选择性的三频滤波天线，该滤波天线具有结构简单、加工方便、体积小、成本低的优点。

本实用新型的目的可以通过采取如下技术方案达到：

一种具有高频率选择性的三频滤波天线，包括介质板，所述介质板的底面印制有地板层，顶面印制有两个开口谐振环、一个单极子天线、馈线和微带线，所述两个开口谐振环左、右对称，两个开口谐振环的开口相对设置，且两个开口谐振环之间具有间隙，每个开口谐振环的内部均加载有两根相互垂直的枝节；其中一个开口谐振环与馈线连接，另一个开口谐振环通过微带线与单极子天线连接，所述单极子天线的内部加载有一根枝节。

作为一种实施方案，所述两个开口谐振环分别为第一开口谐振环和第二开口谐振环，所述第一开口谐振环和第二开口谐振环均为矩形开口环；所述第一开口谐振环的开口和第二开口谐振环的开口分别为第一开口和第二开口；所述第一开口谐振环内部加载的两根枝节分别为第一枝节和第二枝节，所述第二开口谐振环内部加载的两根枝节分别为第三枝节和第四枝节；所述第一枝节垂直加载在第一开口谐振环与第一开口所在边相对的边上，所述第二枝节垂直加载在第一开口谐振环与第一开口所在边相邻的边上，所述第三枝节垂直加载在第二开口谐振环与第二开口所在边相对的边上，所述第四枝节垂直加载在第二开口谐振环与第二开口所在边相邻的边上。

作为一种实施方案，所述第一枝节、第二枝节、与第一开口所在边相邻的边以及与第一开口所在边相对的边在第一开口谐振环内部围成一个小环，所述第三枝节、第四枝节、与第二开口所在边相邻的边以及与第二开口所在边相对的边在第二开口谐振环内部围成一个小环，第一开口谐振环内部的小环与第二开口谐振环内部的小环旋转对称。

作为一种实施方案，所述单极子天线为矩形环状单极子天线，所述单极子天线内部加载的枝节为第五枝节，所述第五枝节垂直加载在单极子天线的其中一条边上。

作为一种实施方案，所述馈线的一端与第一开口谐振环除第一开口所在边外的其中一条边连接，另一端与介质板的一边相接触；所述微带线的一端与第二开口谐振环除第二开口所在边外的其中一条边连接，另一端与单极子天线的左边连接。

作为一种实施方案，所述地板层上、下两边的距离作为地板层的宽度，左、右两边的距离作为地板层的长度，地板层的宽度与介质板的宽度相同，地板层的长度小于介质板的长度，地板层的上边、下边和左边分别与介质板的上边、下边和左边对齐，地板层的右边与单极子天线的左边对齐。

作为一种实施方案，所述介质板是相对介电常数为2.55的介质板。

本实用新型相对于现有技术具有如下的有益效果：

1、本实用新型在介质板的顶面印制了两个开口谐振环、一个单极子天线、馈线和微带线，并在每个开口谐振环的内部均加载有两根相互垂直的枝节，以及在单极子天线的内部加载一根枝节，其中加载枝节的两个开口谐振环耦合结构构成了滤波结构，该滤波结构谐振频率易于控制，具有很高的选择性，通过将该滤波结构与单极子天线相结合，就获得了一个工作在2.4/5.2/6.4GHz的三频滤波天线，该天线结合了滤波器和天线的特点，与传统滤波器和天线的设计相比，不仅减少了设计的复杂度，而且结构更加紧凑并减小了损耗。

2、本实用新型的开口谐振环与传统的开口谐振环设计相比，在两个开口谐振环的内部加载了两根枝节，在整体上尺寸没有增加，但是获得了三频的工作性能，第一谐振频率主要由两个开口谐振环的长度决定，第二、第三谐振频率则由加载的两根枝节决定。

3、本实用新型的两个开口谐振环之间具有间隙，其中一个开口谐振环与馈线连接，另一个开口谐振环通过微带线与单极子天线连接，两个开口谐振环之间的间隙和微带线与所连接的开口谐振环的相对位置可以决定滤波结构的带宽。

4、本实用新型结构简单、加工方便，而且成本很低，与已有滤波天线相比，实现了三频(2.4/5.2/6.4GHz)特性，并覆盖了WLAN频段的2.4/5.2GHz频段，用途广泛；同时在三个频段实现了较好的增益矩形度(即良好的频率选择性)，尤其在2.4GHz处获得了很好的增益矩形度(即很高的频率选择性)。

附图说明

图1为本实用新型实施例1的三频滤波天线的结构示意图。

图2为本实用新型实施例1的三频滤波天线的电磁仿真反射系数和增益曲线图。

其中，1-介质板，2-地板层，3-单极子天线，4-馈线，5-微带线，6-第一开口谐振环，7-第二开口谐振环，8-第一开口，9-第二开口，10-第一枝节，11-第二枝节，12-第三枝节，13-第四枝节，14-第五枝节。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本实用新型作进一步详细的描述，但本实用新型的实施方式不限于此。

实施例1：

如图1所示，本实施例的三频滤波天线包括介质板1，所述介质板1的相对介电常数为2.55，介质板1的底面印制有地板层2，顶面印制有两个开口谐振环、一个单极子天线3、馈线4和微带线5，所述单极子天线3为矩形环状单极子天线，所述两个开口谐振环分别为第一开口谐振环6和第二开口谐振环7，所述第一开口谐振环6和第二开口谐振环7均为矩形开口环。

所述地板层2上、下两边的距离作为地板层2的宽度，地板层2左、右两边的距离作为地板层2的长度，地板层2的宽度与介质板1的宽度相同，地板层2的长度小于介质板1的长度，地板层2的上边、下边和左边分别与介质板1的上边、下边和左边对齐，地板层2的右边与单极子天线3的左边对齐。

第一开口谐振环6和第二开口谐振环7的开口分别为第一开口8和第二开口9，第一开口8和第二开口9相对设置，每个开口谐振环谐振时的基本模式在开口处的电场较强，在开口处相对的另一侧磁场较强，因此此时两个开口谐振环之间的耦合为电耦合；本实施例中，第一开口8位于第一开口谐振环6的右边，第二开口9位于第二开口谐振环7的左边，在第一开口谐振环6的内部，第一开口谐振环6的左边(即与第一开口8所在边相对的边)上垂直加载有第一枝节10，第一开口谐振环6的上边(即其中一条与第一开口8所在边相邻的边)上垂直加载有第二枝节11；在第二开口谐振环7的内部，第二开口谐振环7的右边(即与第二开口9所在边相对的边)上垂直加载有第三枝节12，第二开口谐振环7的下边(即其中一条与第二开口9所在边相邻的边)上垂直加载有第四枝节13。

第一枝节10和第二枝节11相互垂直，使第一枝节10、第二枝节11、第一开口谐振环6的上边以及第一开口谐振环6的左边在第一开口谐振环6内部围成一个小环，第三枝节12和第四枝节13相互垂直，使第三枝节12、第四枝节13、第二开口谐振环7的下边以及第二开口谐振环7的右边在第二开口谐振环7内部围成一个小环，第一开口谐振环6内部的小环与第二开口谐振环7内部的小环旋转对称。

第一开口谐振环6和第二开口谐振环7之间具有间隙(从图1中可以看到，第一开口8所在边与第二开口9所在边之间形成间隙)，第一开口谐振环6与馈线4连接，本实施例中的馈线4，一端与第一开口谐振环6的左边连接(优选与第一开口谐振环6的小环左边连接)，另一端与介质板1的左边相接触；第二开口谐振环7通过微带线5与单极子天线3连接，本实施例中的微带线5，一端与第二开口谐振环7的右边连接(优选与第二开口谐振环7的小环右边连接)，另一端与单极子天线3的左边连接。

加载枝节的两个开口谐振环耦合结构构成了滤波结构，这样的设计具有很多优点，如：1)谐振频率易于控制；2)具有很高的选择性；3)结构紧凑，便于实现小型化等等，与传统的开口谐振环设计相比，在两个开口谐振环的内部加载了两根枝节，在整体上尺寸没有增加，但是获得了三频的工作性能，其中第一谐振频率主要由两个开口谐振环的长度决定，第二、第三谐振频率则由两个开口谐振环加载的两根枝节决定；滤波结构的带宽主要与两个开口谐振环的外部品质因数和两个开口谐振环之间的耦合系数有关，两个开口谐振环之间的间隙对耦合系数有很大的影响，微带线5与第二开口谐振环7的相对位置对外部品质因数有很大的影响，因此，两个开口谐振环之间的间隙和微带线5与第二开口谐振环7的相对位置决定了带宽。

在单极子天线3的内部，单极子天线3的右边垂直加载有第五枝节14，第五枝节14也可以加载在单极子天线3的其他边上，单极子天线3的长度决定了天线的第一工作频段，第五枝节14的长度和宽度决定了第二工作频段和带宽，通过将上述滤波结构与单极子天线3相结合，就获得了一个工作在2.4/5.2/6.4GHz的三频滤波天线，如图2所示的电磁仿真反射系数(S11)和增益曲线，从图中可以看到，在2.4/5.2/6.4GHz这三个频段内，|S11|≤-10dB，同时在2.4/5.2/6.4GHz这三个频段内表现出较好的频率选择性，尤其在2.4GHz处选择性很高，即在2.4/5.2/6.4GHz这三个频段内实现了较好的增益矩形度，尤其在2.4GHz处获得了很好的增益矩形度；在方向图特性上，H面实现了全向特性，E面的辐射类似于“8”形，方向图特性在整个频段上具有较好的稳定性。

上述实施例中，所述地板层2、单极子天线3、馈线4、微带线5、第一开口谐振环6、第二开口谐振环7、第一枝节10、第二枝节11、第三枝节12、第四枝节13、第五枝节14均采用金属材料制成，例如可以为铝、铁、锡、铜、银、金和铂的任意一种，或可以为铝、铁、锡、铜、银、金和铂任意一种的合金。

综上所述，本实用新型在介质板的顶面印制了两个开口谐振环、一个单极子天线、馈线和微带线，并在每个开口谐振环的内部均加载有两根相互垂直的枝节，以及在单极子天线的内部加载一根枝节，其中加载枝节的两个开口谐振环耦合结构构成了滤波结构，该滤波结构谐振频率易于控制，具有很高的选择性，通过将该滤波结构与单极子天线相结合，就获得了一个工作在2.4/5.2/6.4GHz的三频滤波天线，该天线结合了滤波器和天线的特点，不仅减少了设计的复杂度，而且结构更加紧凑并减小了损耗。

以上所述，仅为本实用新型专利较佳的实施例，但本实用新型专利的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型专利所公开的范围内，根据本实用新型专利的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，都属于本实用新型专利的保护范围。

Claims (7)

1.一种具有高频率选择性的三频滤波天线，包括介质板，其特征在于：所述介质板的底面印制有地板层，顶面印制有两个开口谐振环、一个单极子天线、馈线和微带线，所述两个开口谐振环左、右对称，两个开口谐振环的开口相对设置，且两个开口谐振环之间具有间隙，每个开口谐振环的内部均加载有两根相互垂直的枝节；其中一个开口谐振环与馈线连接，另一个开口谐振环通过微带线与单极子天线连接，所述单极子天线的内部加载有一根枝节。

2.根据权利要求1所述的一种具有高频率选择性的三频滤波天线，其特征在于：所述两个开口谐振环分别为第一开口谐振环和第二开口谐振环，所述第一开口谐振环和第二开口谐振环均为矩形开口环；所述第一开口谐振环的开口和第二开口谐振环的开口分别为第一开口和第二开口；所述第一开口谐振环内部加载的两根枝节分别为第一枝节和第二枝节，所述第二开口谐振环内部加载的两根枝节分别为第三枝节和第四枝节；所述第一枝节垂直加载在第一开口谐振环与第一开口所在边相对的边上，所述第二枝节垂直加载在第一开口谐振环与第一开口所在边相邻的边上，所述第三枝节垂直加载在第二开口谐振环与第二开口所在边相对的边上，所述第四枝节垂直加载在第二开口谐振环与第二开口所在边相邻的边上。

3.根据权利要求2所述的一种具有高频率选择性的三频滤波天线，其特征在于：所述第一枝节、第二枝节、与第一开口所在边相邻的边以及与第一开口所在边相对的边在第一开口谐振环内部围成一个小环，所述第三枝节、第四枝节、与第二开口所在边相邻的边以及与第二开口所在边相对的边在第二开口谐振环内部围成一个小环，第一开口谐振环内部的小环与第二开口谐振环内部的小环旋转对称。

4.根据权利要求2或3所述的一种具有高频率选择性的三频滤波天线，其特征在于：所述单极子天线为矩形环状单极子天线，所述单极子天线内部加载的枝节为第五枝节，所述第五枝节垂直加载在单极子天线的其中一条边上。

5.根据权利要求4所述的一种具有高频率选择性的三频滤波天线，其特征在于：所述馈线的一端与第一开口谐振环除第一开口所在边外的其中一条边连接，另一端与介质板的一边相接触；所述微带线的一端与第二开口谐振环除第二开口所在边外的其中一条边连接，另一端与单极子天线的左边连接。

6.根据权利要求4所述的一种具有高频率选择性的三频滤波天线，其特征在于：所述地板层上、下两边的距离作为地板层的宽度，地板层左、右两边的距离作为地板层的长度，地板层的宽度与介质板的宽度相同，地板层的长度小于介质板的长度，地板层的上边、下边和左边分别与介质板的上边、下边和左边对齐，地板层的右边与单极子天线的左边对齐。

7.根据权利要求1-3、5-6任一项所述的一种具有高频率选择性的三频滤波天线，其特征在于：所述介质板是相对介电常数为2.55的介质板。