CN211126042U - 一种双极化多层贴片滤波天线及通信设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种双极化多层贴片滤波天线及通信设备，包括四层介质基板、金属反射板及馈电探针，所述四层介质基板从上往下依次包括第一层介质基板、第二层介质基板、第三层介质基板及第四层介质基板，所述第一层介质基板的上表面为主辐射贴片，其下表面为X形寄生贴片，所述第二层介质基板的上表面为第一环状寄生贴片，其下表面为第二环状寄生贴片，所述第三层介质基板的上表面为第三环状寄生贴片，所述第四层介质基板的上表面为馈电电路地板，其下表面为差分馈电电路，所述金属反射板设置在第三层介质基板下方，且位于馈电电路地板的上表面；本滤波天线不包含滤波电路，滤波特性由寄生方式产生，故具有较高的滚降特性和较低的通带内损耗。

Description

一种双极化多层贴片滤波天线及通信设备

技术领域

本实用新型涉及无线通信领域，具体涉及一种双极化多层贴片滤波天线及通信设备。

背景技术

随着无线通信技术的发展，对通信系统的要求趋向于小型化、高集成度，对天线单元的要求也越来越高。在5G技术中，无线基站的损耗相比于前几代通信系统来说，能量的损耗大大增加，为了减少能量消耗，必须要从各个层面降低能量的损失，对于双极化天线单元来说，就必须要做好极化隔离和高滚降特性。

近些年来，滤波天线的设计可以简单归结为以下三类，第一类设计是将滤波器与天线馈电部分协同设计或者是滤波器和传统天线通过阻抗变换器简单级联，第二类设计是在贴片天线上开缝挖孔或者加金属探针结合而使辐射器本身具有滤波特性，第三类设计是通过添加非辐射的寄生结构使天线的辐射产生滤波效果，这一类滤波天线能够大大减小传输损耗，减少通带内的能量损耗，符合5G无线通信的要求，同时还有利于小型化、集成化的实现。

实用新型内容

为了克服现有技术存在的缺点与不足，本实用新型提供一种双极化多层贴片滤波天线及通信设备，本实用新型包含多层寄生结构，并采用差分馈电，从而在极化隔离性能较好的基础上，实现了包含5G频段3.4-3.7GHZ的高滚降特性的滤波天线。

本实用新型采用如下技术方案：

一种双极化多层贴片滤波天线，包括四层介质基板、金属反射板及馈电探针，所述四层介质基板从上往下依次包括第一层介质基板、第二层介质基板、第三层介质基板及第四层介质基板，所述第一层介质基板的上表面为主辐射贴片，其下表面为X形寄生贴片，所述第二层介质基板的上表面为第一环状寄生贴片，其下表面为第二环状寄生贴片，所述第三层介质基板的上表面为第三环状寄生贴片，所述第四层介质基板的上表面为馈电电路地板，其下表面为差分馈电电路，所述金属反射板设置在第三层介质基板下方，且位于馈电电路地板的上表面；

所述馈电探针分别与X形寄生贴片、第一环状寄生贴片、第二环状寄生贴片、第三环状寄生贴片及差分馈电电路连接。

所述主辐射贴片为中间挖空的正方形贴片，挖空部分为正方形。

所述X形寄生贴片的四个端点经过缝隙，与馈电探针耦合。

所述第一环状寄生贴片、第二环状寄生贴片及第三环状寄生贴片均为正方形环状结构，正方形环状结构的四个角分别引出枝节与馈电探针连接。

所述金属反射板中间开有馈电探针通过的圆形通孔。

所述馈电探针为四根，均垂直设置。

所述差分馈电电路包括两个一分二功分器，每个一分二功分器包括一条50 欧姆线宽微带线及一条长宽可调的阻抗匹配调节微带线，阻抗匹配调节微带线连接到一个馈电探针，该馈电探针通过一条180度相位差调节微带线与在同一条对角线上的另一个馈电探针连接。

所述金属反射板四周边缘向上竖起。

本实用新型中，第一环状寄生贴片、第二环状寄生贴片及第三环状寄生贴片的尺寸不同。

一种通信设备，所述通信设备包括双极化多层贴片滤波天线。

本实用新型的有益效果：

(1)本滤波天线尺寸可控，可根据需要调节辐射贴片中间切掉部分的大小，控制滤波天线的尺寸，本此设计中天线尺寸为0.23λ₀；

(2)本滤波天线不包含滤波电路，滤波特性均由寄生方式产生，故具有较高的滚降特性和较低的通带内损耗，可以较好地减少5G基站在辐射天线上的能量损耗，降低基站运营成本；

(3)本实用新型采用简单的差分馈电功分器，减小不必要的损耗，并且差分馈电方式能带来较好的极化隔离效果。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是本实用新型的主辐射贴片结构图；

图3是本实用新型的X形寄生贴片结构示意图；

图4是本实用新型第一环形寄生贴片结构示意图；

图5是本实用新型第二环形寄生贴片结构示意图；

图6是本实用新型第三环形寄生贴片结构示意图；

图7是本实用新型金属反射板的结构示意图；

图8是本实用新型的馈电电路地板的结构示意图；

图9是本实用新型差分馈电电路的结构示意图；

图10是本实用新型仿真的反射系数S11-频率结果图；

图11是本实用新型仿真的传输系数S21-频率结果图；

图12是本实用新型仿真的实际增益-频率结果图；

图13是本实用新型仿真的实际增益-方位角theta结果图。

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地详细说明，但本实用新型的实施方式不限于此。

实施例

如图1所示，一种双极化多层贴片滤波天线，该天线为对称结构，且为± 45°线极化。

包括四层介质基板1，四层介质基板间隔一定距离设置，四层介质基板关于中心对称。从上往下依次为第一层介质基板、第二层介质基板、第三层介质基板及第四层介质基板。

所述第一层介质基板的上表面为主辐射贴片2，其下表面为X形寄生贴片3，所述第二层介质基板的上表面为第一环状寄生贴片4，其下表面为第二环状寄生贴片5，所述第三层介质基板的上表面为第三环状寄生贴片6，所述第四层介质基板的上表面为馈电电路地板8，其下表面为差分馈电电路9，所述金属反射板 7设置在第三层介质基板下方，且位于馈电电路地板8的上表面。

如图2所示，所述主辐射贴片为对称形状，完成滤波天线的能量辐射。本实施例主辐射贴片为正方形，所述正方形中间位置挖空，挖空部分10为正方形，从而使电流路径加长，实现天线尺寸的小型化。

所述X形寄生贴片的夹角为90度，X形寄生贴片的四个端点经过0.03mm的缝隙，分别与四个馈电探针11耦合，在给主辐射贴片馈电的基础上能形成一个较弱的滤波零点。

如图3-图6所示，所述第一环状寄生贴片、第二环状寄生贴片及第三环状寄生贴片均为正方形环状结构，本实施例中，三个环状寄生贴片的尺寸不同，第一环状寄生贴片尺寸小于第三环状寄生贴片小于第二环状寄生贴片。每个环状寄生贴片均引出四个微带线与四个馈电探针连接。

本实施例中三层环状寄生贴片尺寸不一，分别产生一个较强的寄生零点，调整寄生贴片的大小，能够移动寄生零点的位置，使其中一个寄生零点位于通带左边，其余三个寄生零点位于通带右边，实现滤波天线的高滚降特性，并且将其中X形寄生贴片产生的较弱滤波零点调至通带右边缘，这样就实现了通带右边缘的低损耗设计，而其余零点位于通带右边，实现了较好的带外抑制。

本实用新型产生四个寄生零点，四个寄生零点的位置由四个寄生贴片相对独立的进行控制，寄生贴片的谐振频率对应于寄生滤波零点的频率位置，通过调整寄生贴片的大小，可以挪动滤波零点的位置。

如图7所示，所述金属反射板由铝材料制成。其四周边缘向上竖起，用以调节天线单元的波束宽度和前后比，在此金属反射板上挖出四个对应于馈电探针位置的孔，金属馈电探针从中穿过，连接到下层的差分电路，用于保证信号的传输。

如图8所示，馈电电路地板在金属反射板挖孔的位置，也挖去相对应大小的圆形孔，中间通过馈电探针，将馈电电路出来的差分信号，输入滤波天线。

如图9所示，所述差分馈电电路包含两个一分二0度和180度相位功分器；其中每个功分器可分为三个部分：50欧姆微带连接线12、阻抗匹配调节微带线13以及180度相位差调节微带线14，功分器输出信号分别接至两个对角线上的一对馈电探针上，完成差分信号的产生。

本实用新型各层结构之间通过四根位于主辐射贴片对角线上的馈电探针连接，关于天线主贴片中心完全对称；信号通过一对性能几乎一致的差分馈电电路，从金属探针输送至四层寄生贴片，然后在最上层介质基板下方，通过介质基板，耦合至上层主辐射贴片，完成天线的辐射。

另外，本实用新型可以同时在主寄生贴片下方寄生多个不同形状或相同形状的寄生单元，寄生方式可以为耦合寄生或者直接于馈电探针连接。

如图10-图11所示，是本实用新型一个实施例提供的正负45度双极化滤波天线的反射系数S11-频率和实际增益-频率仿真结果图，通带内阻抗匹配良好，阻抗带宽为3.3-3.8GHz，回波损耗均小于-15dB，共作频段内增益约为6.5dB。通带两侧具有高滚降滤波特性，实现了0-3.1GHz超过12dB的带外抑制， 4-4.7GHz超过13.5dB的带外抑制。

如图12所示，是本实用新型一个实施例提供的正负45度双极化滤波天线的传输系数S21-频率仿真结果图，通带内两个端口隔离较好，均在-30dB以下。

如图13所示，是本实用新型一个实施例提供的正负45度双极化滤波天线的实际增益peak realized gain-方位角theta结果图，在通带内3.34-3.82GHz 3dB 波束宽度为89.6-78.99°之间，可达到基站天线振子波宽要求。

一种通信设备，包括由本实用新型构成的发射系统及接收系统。

本实用新型提供的实施例可根据需求对相关结构的尺寸进行调整而适应不同的频带的无线通信系统的接收和发射设备中，由于本实用新型的滤波特性，特别适用于在开阔复杂的通信场景中。同时受益于滤波特性与辐射特性的集成，本实用新型构成的通信设备，也适用于无线移动通信的一体化和集成化。

上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受所述实施例的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种双极化多层贴片滤波天线，其特征在于，包括四层介质基板、金属反射板及馈电探针，所述四层介质基板从上往下依次包括第一层介质基板、第二层介质基板、第三层介质基板及第四层介质基板，所述第一层介质基板的上表面为主辐射贴片，其下表面为X形寄生贴片，所述第二层介质基板的上表面为第一环状寄生贴片，其下表面为第二环状寄生贴片，所述第三层介质基板的上表面为第三环状寄生贴片，所述第四层介质基板的上表面为馈电电路地板，其下表面为差分馈电电路，所述金属反射板设置在第三层介质基板下方，且位于馈电电路地板的上表面；

所述馈电探针分别与X形寄生贴片、第一环状寄生贴片、第二环状寄生贴片、第三环状寄生贴片及差分馈电电路连接。

2.根据权利要求1所述的一种双极化多层贴片滤波天线，其特征在于，所述主辐射贴片为中间挖空的正方形贴片，挖空部分为正方形。

3.根据权利要求1所述的一种双极化多层贴片滤波天线，其特征在于，所述X形寄生贴片的四个端点经过缝隙，与馈电探针耦合。

4.根据权利要求1所述的一种双极化多层贴片滤波天线，其特征在于，所述第一环状寄生贴片、第二环状寄生贴片及第三环状寄生贴片均为正方形环状结构，正方形环状结构的四个角分别引出枝节与馈电探针连接。

5.根据权利要求1所述的一种双极化多层贴片滤波天线，其特征在于，所述金属反射板中间开有馈电探针通过的圆形通孔。

6.根据权利要求1-5任一项所述的一种双极化多层贴片滤波天线，其特征在于，所述馈电探针为四根，均垂直设置。

7.根据权利要求1所述的一种双极化多层贴片滤波天线，其特征在于，所述差分馈电电路包括两个一分二功分器，每个一分二功分器包括一条50欧姆线宽微带线及一条长宽可调的阻抗匹配调节微带线，阻抗匹配调节微带线连接到一个馈电探针，该馈电探针通过一条180度相位差调节微带线与在同一条对角线上的另一个馈电探针连接。

8.根据权利要求1所述的一种双极化多层贴片滤波天线，其特征在于，所述金属反射板四周边缘向上竖起。

9.根据权利要求4所述的一种双极化多层贴片滤波天线，其特征在于，第一环状寄生贴片、第二环状寄生贴片及第三环状寄生贴片的尺寸不同。

10.一种通信设备，其特征在于，所述通信设备包括权利要求1-9任一项所述的双极化多层贴片滤波天线。

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