CN210926343U - 一种具有滤波特性的电磁耦合宽带贴片天线 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及无线通信技术领域，更具体地，涉及一种具有滤波特性的电磁耦合宽带贴片天线，包括第一介质基板和位于第一介质基板下方的第二介质基板，所述第一介质基板上设有第一主贴片第一寄生贴片和第二寄生贴片，所述第二介质基板上设有带缝隙的金属地板和微带馈电线，所述微带馈电线的一端连接有端口，另一端通过缝隙耦合馈电给第一介质基板。本实用新型具有滤波特性，能够提高传输效率，且能够更好地拓宽带宽。

Description

一种具有滤波特性的电磁耦合宽带贴片天线

技术领域

本实用新型涉及无线通信技术领域，更具体地，涉及一种具有滤波特性的电磁耦合宽带贴片天线。

背景技术

天线在现代通信中起着不可或缺的重要作用。即将到来的第五代移动通信系统给天线设计者带来了一系列新的挑战，以适应大幅度提高的信道容量和传输速度。其中一个挑战是扩展微带贴片天线的带宽，微带贴片天线目前广泛应用于现代通信系统，具有重量轻、外形低、易于批量生产等优点。

为了提高微带贴片天线的带宽，人们做了很多尝试，现代技术中的大多数可以归类如下。最简单、最广为人知的方法是降低天线的品质因数。这可以通过增加衬底的高度或使用介电常数较低的衬底来实现。然而，这种方法只能以牺牲更高的剖面和增加的表面波模式为代价，有限地增加带宽。阻抗匹配技术也被广泛应用于扩展贴片天线的带宽。滤波器与天线的协同设计，即滤波天线或滤波天线，也可归为带宽控制的阻抗匹配。单个补丁的多模式操作被认为是使用TM21和TM10或TM10和TM30等模式进行带宽增强的另一种可选方法。宽带运行的另一种技术是引入额外的谐振元件，如叠加或共面寄生贴片。

随着5G通信时代的来临，人们对通信设备的要求也更加地偏向于系统地集成化、智能化、小型化。对于滤波器与天线的集成，传统的技术是将滤波器与天线单独设计生产，得到成品后再在系统上通过外接匹配电路将二者连接。这种集成方式：一方面，外界匹配电路增加了系统地尺寸和复杂度，不利于实现小型化与集成化；另一方面，额外地匹配电路给系统带来了损耗使得传输效率降低。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有的宽带贴片天线不具有滤波特性的不足，提供一种具有滤波特性的电磁耦合宽带贴片天线，具有滤波特性，能够提高传输效率，且能够更好地拓宽带宽。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：

提供一种具有滤波特性的电磁耦合宽带贴片天线，包括第一介质基板和位于第一介质基板下方的第二介质基板，所述第一介质基板上设有第一主贴片第一寄生贴片和第二寄生贴片，所述第二介质基板上设有带缝隙的金属地板和微带馈电线，所述微带馈电线的一端连接有端口，另一端通过缝隙耦合馈电给第一介质基板。

本实用新型为一种具有滤波特性的电磁耦合宽带贴片天线，微带馈电线通过耦合缝隙对第一介质基板进行馈电，能够产生一个具有三个谐振频点的缝隙耦合宽带天线；第一介质基板与第二介质基板之间的间隙以及第一寄生贴片、第一主贴片、第二寄生贴片较为靠近的三个谐振频点，能够更好地拓宽该宽带贴片天线的带宽。

优选地，所述第一主贴片、第一寄生贴片和第二寄生贴片均印刷于第一介质基板的上表面。该设置使第一介质基板能够在缝隙耦合的作用下产生谐振频点。

优选地，所述第一主贴片位于第一介质基板的中部位置，所述第一寄生贴片和第二寄生贴片分别位于第一主贴片的两侧。

优选地，所述第一主贴片上靠近第二寄生贴片一侧印刷有第二主贴片，所述第一主贴片上靠近第一寄生贴片一侧设有缺口。该设置使该宽带贴片天线能够在上、下频带边缘产生辐射零点。

优选地，所述第一主贴片上靠近第一寄生贴片一侧印刷有第二主贴片，所述第一主贴片上靠近第二寄生贴片一侧设有缺口。该设置使该宽带贴片天线能够在上、下频带边缘产生辐射零点。

优选地，所述第二主贴片和缺口均为矩形结构。

优选地，所述第一寄生贴片和第二寄生贴片均为矩形结构。

优选地，所述金属地板印刷于第二介质基板的上表面，所述微带馈电线印刷于第二介质基板的下表面。该设置使第二介质基板能够有效地向第一介质基板进行馈电。

优选地，所述第二介质基板上铺满所述金属地板。

优选地，所述缝隙位于第一主贴片的下方。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

(1)通过耦合缝隙对第一介质基板上的第一主贴片以及第一、第二寄生贴片进行馈电，隔离辐射层与馈电层，消除相互之间的影响，能够克服传统馈电方式带来的电感效应与馈电网络的寄生辐射等缺点。

(2)第一介质基板与第二介质基板之间的间隙以及第一寄生贴片、第一主贴片、第二寄生贴片较为靠近的三个谐振频点，能够更好地拓宽该宽带贴片天线的带宽。

(3)第一主贴片上的第二主贴片和缺口的设置，使第二主贴片跟与其靠近的寄生贴片产生电容耦合、产生一个辐射零点，缺口跟与其靠近的寄生贴片产生电容耦合、也产生一个辐射零点，使该宽带贴片天线能够具有良好的滤波特性。

附图说明

图1为本实用新型一种具有滤波特性的电磁耦合宽带贴片天线的结构示意图。

图2为本实用新型的尺寸标注图。

图3为本实用新型的剖视图。

图4为本实用新型第一介质基板的俯视图。

图5为本实用新型第二介质基板的俯视图。

图6为本实用新型第二介质基板的仰视图。

图7为本实用新型第一介质基板上表面的尺寸标注图。

图8为本实用新型第二介质基板上表面的尺寸标注图。

图9为本实用新型第二介质基板下表面的尺寸标注图。

图10为本实用新型具有三个谐振频点的电磁耦合宽带贴片天线的仿真S参数曲线图。

图11为本实用新型的测试增益随频率变化曲线。

图12为天线端口激励的XOZ面测试方向图。

图13为天线端口激励的YOZ面测试方向图。

图示标记说明如下：

1-第一介质基板，2-第二介质基板，3-第一寄生贴片，4-第一主贴片，5-第二寄生贴片，6-金属地板，7-缝隙，8-微带馈电线，9-第二主贴片，10-缺口，11-端口。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本实用新型作进一步的说明。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，不能理解为对本专利的限制；为了更好地说明本实用新型的实施例，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。

本实用新型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；在本实用新型的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”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实用新型和简化描述，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，不能理解为对本专利的限制，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。

实施例1

如图1至图13所示为本实用新型一种具有滤波特性的电磁耦合宽带贴片天线的第一实施例，包括第一介质基板1和位于第一介质基板1正下方的第二介质基板2，第一介质基板1上设有第一主贴片4、第一寄生贴片3和第二寄生贴片5，第二介质基板2上设有带缝隙7的金属地板6和微带馈电线8，微带馈电线8的一端连接有端口11，另一端通过缝隙7耦合馈电给第一介质基板1上的第一主贴片4、第一寄生贴片3和第二寄生贴片5。

微带馈电线8通过耦合缝隙对第一介质基板1进行馈电，能够产生一个具有三个谐振频点的缝隙耦合宽带天线；第一介质基板1与第二介质基板2之间的间隙以及第一寄生贴片3、第一主贴片4、第二寄生贴片5较为靠近的三个谐振频点，能够更好地拓宽该宽带贴片天线的带宽。本实施例中微带馈电线8为50Ω微带馈电线。

另外，第一主贴片4、第一寄生贴片3和第二寄生贴片5均印刷于第一介质基板1的上表面。该设置使第一介质基板1能够在缝隙耦合的作用下产生谐振频点。如图1和图2所示，第一主贴片4位于第一介质基板1的中部位置，第一寄生贴片3和第二寄生贴片5分别位于第一主贴片4的两侧。如图1和图2所示，本实施例中第一主贴片4、第一寄生贴片3、第二寄生贴片5均关于Y轴对称。

其中，第一主贴片4上靠近第二寄生贴片5一侧印刷有第二主贴片9，第一主贴片4上靠近第一寄生贴片3一侧设有缺口10。本实施例中第二主贴片9和缺口10均为矩形结构。第一寄生贴片3和第二寄生贴片5均为矩形结构。缺口10会与第一寄生贴片3产生电感耦合，在上频带边缘产生一个辐射零点；第二主贴片9会与第二寄生贴片5产生电感耦合，在下频带边缘产生一个辐射零点；这能够使该宽带贴片天线具有良好的滤波特性。

另外，金属地板6印刷于第二介质基板2的上表面，微带馈电线8印刷于第二介质基板2的下表面。该设置使第二介质基板2能够有效地向第一介质基板1上的第一主贴片4、第一寄生贴片3、第二寄生贴片5进行馈电。

其中，金属地板6铺满第二介质基板2的上表面。缝隙7位于第一主贴片4的下方。如图1和图2所示，本实施例中缝隙7位于第一主贴片4几何中心的正下方往X轴正方向偏移，缝隙7为矩形。

需要说明的是，该宽带贴片天线能够通过调节第一主贴片4、第一寄生贴片3、第二寄生贴片5的长度，以及第一主贴片4与第一寄生贴片3、第二寄生贴片5之间的距离，还有微带馈电线8的长度，还有缝隙7的位置，来保证该宽带贴片天线工作在相应的频段上。如图4至9所示，当要求谐振频点f₁＝3.40GHz，f₂＝3.44GHz，f₃＝3.49GHz时，可以采用相对介电常数为2.55、厚度c为0.8mm、宽度b为60mm、长度a为60mm的介质板作为第一介质基板1和第二介质基板2，第一介质基板1和第二介质基板2之间的高度h为1.5mm。第一寄生贴片3的长度1a取33.6mm、宽度1b取8.7mm。第一主贴片4的长度2a取31.8mm、宽度2b取9.9mm。第二寄生贴片5的长度3a取33.9mm、宽度3b取8.7mm。缺口10的长度5a取9.8mm、宽度5b取2.7mm。第二主贴片9的长度4a取9.8mm、宽度4b取2.7mm。第一主贴片4与第一寄生贴片3之间的水平距离8b为5mm。第一主贴片4与第二寄生贴片5之间的水平距离9b为5mm。第一寄生贴片3距离第一介质基板1边缘的间距10b为11.35mm。第二寄生贴片5距离第一介质基板1边缘的间距11b为8.65mm。缝隙7的长度6a取11.1mm，宽度6b取1.5mm。缝隙7的长边距离第二介质基板2的下边缘的间距8b为21.25mm。微带馈电线8的长度7a取32.55mm、宽度7b取2.2mm。微带馈电线8距离第二介质基板2的左边缘的间距12b为28.9mm。如图10所示为该设置下的单端口激励的具有三个谐振频点的电磁耦合宽带贴片天线的仿真S参数，如图11所示，在三个谐振点的工作频带范围内，具有较好的选择性，在H面的交叉极化大于24dB，其天线的仿真测试方向图如图12和图13。

实施例2

本实施例与实施例1类似，所不同之处在于，本实施例中第一主贴片4上靠近第一寄生贴片3一侧印刷有第二主贴片9，第一主贴片4上靠近第二寄生贴片5一侧设有缺口10。该设置使该宽带贴片天线能够在上、下频带边缘产生辐射零点。

显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种具有滤波特性的电磁耦合宽带贴片天线，包括第一介质基板(1)和位于第一介质基板(1)下方的第二介质基板(2)，其特征在于，所述第一介质基板(1)上设有第一主贴片(4)、第一寄生贴片(3)和第二寄生贴片(5)，所述第二介质基板(2)上设有带缝隙(7)的金属地板(6)和微带馈电线(8)，所述微带馈电线(8)的一端连接有端口(11)，另一端通过缝隙(7)耦合馈电给第一介质基板(1)。

2.根据权利要求1所述的一种具有滤波特性的电磁耦合宽带贴片天线，其特征在于，所述第一主贴片(4)、第一寄生贴片(3)和第二寄生贴片(5)均印刷于第一介质基板(1)的上表面。

3.根据权利要求2所述的一种具有滤波特性的电磁耦合宽带贴片天线，其特征在于，所述第一主贴片(4)位于第一介质基板(1)的中部位置，所述第一寄生贴片(3)和第二寄生贴片(5)分别位于第一主贴片(4)的两侧。

4.根据权利要求3所述的一种具有滤波特性的电磁耦合宽带贴片天线，其特征在于，所述第一主贴片(4)上靠近第二寄生贴片(5)一侧印刷有第二主贴片(9)，所述第一主贴片(4)上靠近第一寄生贴片(3)一侧设有缺口(10)。

5.根据权利要求3所述的一种具有滤波特性的电磁耦合宽带贴片天线，其特征在于，所述第一主贴片(4)上靠近第一寄生贴片(3)一侧印刷有第二主贴片(9)，所述第一主贴片(4)上靠近第二寄生贴片(5)一侧设有缺口(10)。

6.根据权利要求4或5任一项所述的一种具有滤波特性的电磁耦合宽带贴片天线，其特征在于，所述第二主贴片(9)和缺口(10)均为矩形结构。

7.根据权利要求1所述的一种具有滤波特性的电磁耦合宽带贴片天线，其特征在于，所述第一寄生贴片(3)和第二寄生贴片(5)均为矩形结构。

8.根据权利要求1所述的一种具有滤波特性的电磁耦合宽带贴片天线，其特征在于，所述金属地板(6)印刷于第二介质基板(2)的上表面，所述微带馈电线(8)印刷于第二介质基板(2)的下表面。

9.根据权利要求8所述的一种具有滤波特性的电磁耦合宽带贴片天线，其特征在于，所述第二介质基板(2)上铺满所述金属地板(6)。

10.根据权利要求7至9任一项所述的一种具有滤波特性的电磁耦合宽带贴片天线，其特征在于，所述缝隙(7)位于第一主贴片(4)的下方。

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