CN208385627U - 宽带滤波缝隙天线及无线通信设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种宽带滤波缝隙天线及无线通信设备，所述天线包括介质基板、微带馈线、地板、两个阶梯阻抗谐振器枝节以及两个寄生贴片，所述微带馈线和两个阶梯阻抗谐振器枝节均设置在介质基板上表面，且两个阶梯阻抗谐振器枝节关于微带馈线对称，并分别与微带馈线的两侧相连；所述地板设置在介质基板下表面，且地板上蚀刻有哑铃状缝隙，所述两个寄生贴片对称设置在哑铃状缝隙的两端槽缝处；所述无线通信设备包括上述的天线。本实用新型的宽带滤波缝隙天线具有滤波特性，且易加工、结构简单、成本低、频带宽，可以应用于2.14GHz～4.04GHz范围内的ISM、Wi‑MAX和5G等无线通讯系统中。

Description

宽带滤波缝隙天线及无线通信设备

技术领域

本实用新型涉及一种滤波天线，尤其是一种宽带滤波缝隙天线及无线通信设备，属于无线通信技术领域。

背景技术

无线通信技术的迅速发展，使得各种电子设备都在朝着宽带化、多功能方向发展，而天线作为无线通信技术桥梁和空中接口，也必然朝着这个方向发展。传统的天线不具备滤波功能，使得射频前端通常需要加入滤波器达到实用要求，而滤波器的加入不仅会增加设备的体积，还会带来额外的损耗；于是拥有滤波功能的滤波天线得到了发展。但是一般的滤波天线其频带较窄，这导致了天线已经无法满足高数率传输的无线通信需求。因此，宽带滤波天线的研究成为一个重要的课题。

随着宽带通信网络技术的发展，尤其是现在4G通信迈向5G通信过程的关键一步，5G移动通信技术是将来的发展趋势。不过，现在滤波天线的带宽较窄其结构复杂，这对于天线的制作成本和推广利用都不太理想。

据调查与了解，已经公开的现有技术如下：

2017年16期的《IEEE Antennas Wireless Propag.Lett.》，H.T.Hu,F.C.Chen,andQ.X.Chu,发表题为“Novel Broadband Filtering Slotline Antennas Excited byMultimode Resonators”的文章中提出了一种新型的宽带滤波天线。该文章采用多模谐振器的馈电结构，采用多模谐振器可以产生多个模式，以此实现扩展带宽，并且同时产生了辐射零点，实现了较好的频率选择性。研究表明该滤波天线具有较好的滤波特性和宽带特性。

实用新型内容

本实用新型的目的是为了解决上述现有技术的不足之处，提供了一种宽带滤波缝隙天线，该天线具有滤波特性，且易加工、结构简单、成本低、频带宽，可以应用于2.14GHz～4.04GHz范围内的ISM、Wi-MAX和5G等无线通讯系统中。

本实用新型的另一目的在于提供一种无线通信设备。

本实用新型的目的可以通过采取如下技术方案达到：

宽带滤波缝隙天线，包括介质基板、微带馈线、地板、两个阶梯阻抗谐振器枝节以及两个寄生贴片，所述微带馈线和两个阶梯阻抗谐振器枝节均设置在介质基板上表面，且两个阶梯阻抗谐振器枝节关于微带馈线对称，并分别与微带馈线的两侧相连；所述地板设置在介质基板下表面，且地板上蚀刻有哑铃状缝隙，所述两个寄生贴片对称设置在哑铃状缝隙的两端槽缝处。

进一步的，所述地板上还蚀刻有八条细缝，其中四条细缝作为第一组细缝，另外四条细缝作为第二组细缝，第一组细缝与第二组细缝对称，第一组细缝的四条细缝分别与哑铃状缝隙第一端槽缝的四个角相连，第二组细缝的四条细缝分别与哑铃状缝隙第二端槽缝的四个角相连。

进一步的，所述第一组细缝的四条细缝从地板的表面上看，与哑铃状缝隙第一端槽缝的右上角、右下角相连的细缝均为两条长边上下设置、两条短边左右设置的矩形细缝，与哑铃状缝隙第一端槽缝的左上角、左下角相连的细缝均为两条长边左右设置、两条短边上下设置的矩形细缝；

所述第二组细缝的四条细缝从地板的表面上看，与哑铃状缝隙第二端槽缝的左上角、左下角相连的细缝均为两条长边上下设置、两条短边左右设置的矩形细缝，与哑铃状缝隙第二端槽缝的右上角、右下角相连的细缝均为两条长边左右设置、两条短边上下设置的矩形细缝。

进一步的，所述微带馈线设置在介质基板上表面的中间位置。

进一步的，所述微带馈线的开路端形状为圆形，两个阶梯阻抗谐振器枝节分别与微带馈线除开路端外的两侧任意位置相连。

进一步的，每个阶梯阻抗谐振器枝节从介质基板上表面看，包括第一水平枝节段、第二水平枝节段和竖直枝节段，所述第一水平枝节段依次通过竖直枝节段、第二水平枝节段与微带馈线的一侧相连。

进一步的，所述第二水平枝节段的宽度与竖直枝节段的宽度相同，所述第一水平枝节段的宽度大于第二水平枝节段和竖直枝节段的宽度，第一水平枝节段的长度大于第二水平枝节段的长度，且第一水平枝节段的长度小于竖直枝节段的长度。

进一步的，所述两个寄生贴片对称设置在哑铃状缝隙的两端槽缝的中间位置。

进一步的，所述两个寄生贴片均为矩形贴片。

进一步的，所述介质基板和地板的截面形状均为矩形，介质基板的长度、宽度与地板的长度、宽度相同，且介质基板的厚度大于地板的厚度。

进一步的，所述微带馈线、地板、两个阶梯阻抗谐振器枝节和两个寄生贴片均采用金属材料制成。

本实用新型的另一目的可以通过采取如下技术方案达到：

无线通信设备，包括上述的宽带滤波缝隙天线。

本实用新型相对于现有技术具有如下的有益效果：

1、本实用新型的宽带滤波缝隙天线与现有技术的滤波天线设计相比，不需要复杂的滤波馈电结构，结构简单，设置了两个阶梯阻抗谐振器枝节和两个寄生贴片，将两个阶梯阻抗谐振器枝节与微带馈线相连，以及将两个寄生贴片设置在地板上蚀刻的哑铃状缝隙的两端槽缝处，由于一对阶梯阻抗谐振器枝节和一对寄生贴片的加入，其实现了较好的频率选择性，并且从输入端口回波损耗的仿真结果表明，其带宽较宽，能够满足2.14GHz～4.04GHz范围内的ISM、Wi-MAX和5G等无线通讯系统应用的要求。

2、本实用新型的宽带滤波缝隙天线中，地板上还可以蚀刻八条细缝，这八条细缝用来移动天线的谐振模式，使最高频段的谐振模式向较低频靠近，从而改善高频段的阻抗匹配。

3、本实用新型的宽带滤波缝隙天线中，将微带馈线的开路端形状优化为圆形，可以调节阻抗匹配，并减小微带馈线的长度。

4、本实用新型的宽带滤波缝隙天线采用单层介质基板，结构简单，介质基板的加工工艺成熟，成本低，成品率高，制作过程简单，可以满足天线低造价的要求。

5、本实用新型的宽带滤波天线具有结构简单、低剖面的优点，需要调整的参数较少，容易加工设计，适合工程应用，解决了现有技术的一些滤波天线结构复杂、带宽窄，且频率选择性不好的问题。

附图说明

图1为本实用新型实施例的宽带滤波缝隙天线介质基板上下表面透视图。

图2为本实用新型实施例的宽带滤波缝隙天线介质基板上下表面正视图。

图3为本实用新型实施例的宽带滤波缝隙天线的俯视图。

图4为本实用新型实施例的宽带滤波缝隙天线的仰视图。

图5为本实用新型实施例的宽带滤波缝隙天线|S₁₁|和增益(Gain)参数的仿真结果曲线图，其中实线为|S₁₁|仿真曲线，虚线为增益仿真曲线。

图6为本实用新型实施例的宽带滤波缝隙天线辐射效率参数的仿真结果曲线图。

图7为本实用新型实施例的宽带滤波缝隙天线的主平面辐射方向图。

其中，1-介质基板，2-微带馈线，201-开路端，3-地板，4-阶梯阻抗谐振器，401-第一水平枝节段，402-第二水平枝节段，403-竖直枝节段，5-寄生贴片，6-哑铃状缝隙，7-细缝。

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：

如图1和图2所示，本实施例提供了一种宽带滤波缝隙天线，该天线能够应用于无线通信设备中，其包括介质基板1、微带馈线2、地板3、两个阶梯阻抗谐振器(Stepped-Impedance-Resonators，SIR)枝节4以及两个寄生贴片5，微带馈线2和两个阶梯阻抗谐振器枝节4均设置在介质基板1上表面，地板3设置在介质基板1下表面，介质基板1和地板3的截面形状均为矩形，介质基板1的长度、宽度与地板3的长度、宽度相同，且介质基板1的厚度大于地板3的厚度。

如图1～图3所示，微带馈线2设置在介质基板1上表面的宽度方向中线位置上，其馈电端位于介质基板1上表面的下边缘处，两个阶梯阻抗谐振器枝节4关于微带馈线2对称，构成一对阶梯阻抗谐振器枝节，两个阶梯阻抗谐振器枝节4分别与微带馈线2的左右两侧相连，具体地，微带馈线2的开路端201形状优化为圆形，可以调节阻抗匹配，并减小微带馈线2的长度，两个阶梯阻抗谐振器枝节4分别与微带馈线2除开路端201外的左右两侧任意位置相连。

进一步地，每个阶梯阻抗谐振器枝节4从介质基板1上表面看，包括第一水平枝节段401、第二水平枝节段402和竖直枝节段403，第一水平枝节段401依次通过竖直枝节段403、第二水平枝节段402与微带馈线2的一侧相连，具体地，第一水平枝节段401的一端与竖直枝节段403的一端相连，竖直枝节段403的另一端与第二水平枝节段402的一端相连，左边阶梯阻抗谐振器枝节4的第二水平枝节段402另一端与微带馈线2的左侧相连，右边阶梯阻抗谐振器枝节4的第二水平枝节段402另一端与微带馈线2的右侧相连；其中，第二水平枝节段402的宽度与竖直枝节段403的宽度相同，所述第一水平枝节段401的宽度大于第二水平枝节段402和竖直枝节段403的宽度，第一水平枝节段401的长度大于第二水平枝节段402的长度，且第一水平枝节段401的长度小于竖直枝节段403的长度。

如图1、图2和图4所示，所述地板3上蚀刻有哑铃状缝隙6，本领域技术人员可以理解，哑铃状缝隙6的第一端(左端)、第二端(右端)以及两端之间均具有槽缝，以地板3的长度方向为x轴方向，宽度方向为y轴方向，两端的槽缝在x轴方向上的长度小于两端之间的槽缝在x轴方向上的长度，两端的槽缝在y轴方向上的长度大于两端之间的槽缝在y轴方向上的长度，本实施例的微带馈线2在地板3上的投影与哑铃状缝隙6两端之间的槽缝相交并垂直，两个寄生贴片5均为矩形贴片，且对称设置在哑铃状缝隙6的左右两端槽缝处，构成一对寄生贴片，具体地，两个寄生贴片5对称设置在哑铃状缝隙6的左右两端槽缝的中间位置，通过加入两个阶梯阻抗谐振器枝节4和两个寄生贴片5，实现了较好的频率选择性，并且得到了较宽的带宽。

进一步地，地板3上还蚀刻有八条细缝7，这八条细缝7用来移动天线的谐振模式，使最高频段的谐振模式向较低频靠近，从而改善高频段的阻抗匹配，其中四条细缝7作为第一组细缝，另外四条细缝7作为第二组细缝，第一组细缝与第二组细缝左右对称，第一组细缝的四条细缝7分别与哑铃状缝隙第一端槽缝的四个角相连，第二组细缝的四条细缝7分别与哑铃状缝隙6第二端槽缝的四个角相连。

更进一步地，第一组细缝的四条细缝7从地板3的表面上看，与哑铃状缝隙6第一端槽缝的右上角、右下角相连的细缝7均为两条长边上下设置、两条短边左右设置的矩形细缝，与哑铃状缝隙6第一端槽缝的左上角、左下角相连的细缝7均为两条长边左右设置、两条短边上下设置的矩形细缝；第二组细缝的四条细缝7从地板的表面上看，与哑铃状缝隙6第二端槽缝的左上角、左下角相连的细缝7均为两条长边上下设置、两条短边左右设置的矩形细缝，与哑铃状缝隙6第二端槽缝的右上角、右下角相连的细缝7均为两条长边左右设置、两条短边上下设置的矩形细缝。

调整本实施例的宽带滤波缝隙天线各部分的尺寸参数后，通过计算和电磁场仿真，对本实施例的宽带滤波缝隙天线进行了验证仿真，如图5所示，给出了该天线在1GHz～5.5GHz频率范围内的|S₁₁|(输入端口回波损耗)和增益(Gain)参数仿真结果的曲线，图中有两条曲线，实线为|S₁₁|仿真参数，虚线为增益仿真参数；可以看到，在2.14GHz～4.04GHz频段范围内，实线曲线的值小于-10dB，虚线值在3dB～5.1dB范围内，仿真结果表明本实施例的宽带滤波缝隙天线具有较宽的带宽，性能良好，能够满足应用于2.14GHz～4.04GHz的范围内的ISM、Wi-MAX和5G等无线通讯系统应用的要求。

本实施例的宽带滤波缝隙天线的辐射效率参数的仿真结果曲线如图6所示，可以看到，该天线辐射效率在通带内可达90％左右，在高低频通带外迅速地下降，可见天线具有良好的频率选择性；本实施例的宽带滤波缝隙天线HFSS仿真的模型在3.52GHz时的辐射方向图如图7所示，可以看到，该天线为双向辐射，最大辐射方向在z轴方向，该天线的交叉极化较小，较主极化低于38dB。

上述实施例中，所述介质基板1采用FR-4、聚酰亚胺、聚四氟乙烯玻璃布和共烧陶瓷中任意两种种材料构成；所述微带馈线2、地板3、阶梯阻抗谐振器枝节4和寄生贴片5均采用金属材料制成，金属材料可以为铝、铁、锡、铜、银、金和铂的任意一种，或为铝、铁、锡、铜、银、金和铂任意一种的合金；所述无线通信设备可以为手机、平板电脑等电子设备。

综上所述，本实用新型的宽带滤波缝隙天线与现有技术的滤波天线设计相比，不需要复杂的滤波馈电结构，结构简单，设置了两个阶梯阻抗谐振器枝节和两个寄生贴片，将两个阶梯阻抗谐振器枝节与微带馈线相连，以及将两个寄生贴片设置在地板上蚀刻的哑铃状缝隙的两端槽缝处，由于一对阶梯阻抗谐振器枝节和一对寄生贴片的加入，其实现了较好的频率选择性，并且从输入端口回波损耗的仿真结果表明，其带宽较宽，能够满足2.14GHz～4.04GHz范围内的ISM、Wi-MAX和5G等无线通讯系统应用的要求。

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 (10)

1.宽带滤波缝隙天线，其特征在于：包括介质基板、微带馈线、地板、两个阶梯阻抗谐振器枝节以及两个寄生贴片，所述微带馈线和两个阶梯阻抗谐振器枝节均设置在介质基板上表面，且两个阶梯阻抗谐振器枝节关于微带馈线对称，并分别与微带馈线的两侧相连；所述地板设置在介质基板下表面，且地板上蚀刻有哑铃状缝隙，所述两个寄生贴片对称设置在哑铃状缝隙的两端槽缝处。

2.根据权利要求1所述的宽带滤波缝隙天线，其特征在于：所述地板上还蚀刻有八条细缝，其中四条细缝作为第一组细缝，另外四条细缝作为第二组细缝，第一组细缝与第二组细缝对称，第一组细缝的四条细缝分别与哑铃状缝隙第一端槽缝的四个角相连，第二组细缝的四条细缝分别与哑铃状缝隙第二端槽缝的四个角相连。

3.根据权利要求2所述的宽带滤波缝隙天线，其特征在于：所述第一组细缝的四条细缝从地板的表面上看，与哑铃状缝隙第一端槽缝的右上角、右下角相连的细缝均为两条长边上下设置、两条短边左右设置的矩形细缝，与哑铃状缝隙第一端槽缝的左上角、左下角相连的细缝均为两条长边左右设置、两条短边上下设置的矩形细缝；

所述第二组细缝的四条细缝从地板的表面上看，与哑铃状缝隙第二端槽缝的左上角、左下角相连的细缝均为两条长边上下设置、两条短边左右设置的矩形细缝，与哑铃状缝隙第二端槽缝的右上角、右下角相连的细缝均为两条长边左右设置、两条短边上下设置的矩形细缝。

4.根据权利要求1-3任一项所述的宽带滤波缝隙天线，其特征在于：所述微带馈线的开路端形状为圆形，两个阶梯阻抗谐振器枝节分别与微带馈线除开路端外的两侧任意位置相连。

5.根据权利要求1-3任一项所述的宽带滤波缝隙天线，其特征在于：每个阶梯阻抗谐振器枝节从介质基板上表面看，包括第一水平枝节段、第二水平枝节段和竖直枝节段，所述第一水平枝节段依次通过竖直枝节段、第二水平枝节段与微带馈线的一侧相连。

6.根据权利要求5所述的宽带滤波缝隙天线，其特征在于：所述第二水平枝节段的宽度与竖直枝节段的宽度相同，所述第一水平枝节段的宽度大于第二水平枝节段和竖直枝节段的宽度，第一水平枝节段的长度大于第二水平枝节段的长度，且第一水平枝节段的长度小于竖直枝节段的长度。

7.根据权利要求1-3任一项所述的宽带滤波缝隙天线，其特征在于：所述两个寄生贴片对称设置在哑铃状缝隙的两端槽缝的中间位置。

8.根据权利要求1-3任一项所述的宽带滤波缝隙天线，其特征在于：所述两个寄生贴片均为矩形贴片。

9.根据权利要求1-3任一项所述的宽带滤波缝隙天线，其特征在于：所述介质基板和地板的截面形状均为矩形，介质基板的长度、宽度与地板的长度、宽度相同，且介质基板的厚度大于地板的厚度。

10.无线通信设备，其特征在于：包括权利要求1-9任一项所述的宽带滤波缝隙天线。