CN219937363U - 一种基于基片集成波导技术的嵌套型介质谐振器滤波天线 - Google Patents
一种基于基片集成波导技术的嵌套型介质谐振器滤波天线 Download PDFInfo
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Abstract
本实用新型设计一种基于基片集成波导技术的嵌套型介质谐振器滤波天线。该天线包括矩形介质谐振器、圆柱形介质谐振器、刻蚀矩形槽的金属接地面、介质基板、基片集成波导谐振腔和微带线‑贴片馈电结构。该天线通过微带‑贴片馈电结构与接地面上的矩形槽1耦合馈电，激励天线辐射单元，改善带外抑制；使用矩形介质谐振器嵌套圆柱形介质谐振器的结构与基片集成波导谐振腔相互作用，在边带边缘产生了两个辐射零点；在方形贴片上刻蚀矩形槽2改善滤波效果。所设计的滤波天线工作频段达到38.81‑43.22GHz，阻抗相对带宽为10.8％，两个辐射零点分别在37.43GHz和45.31GHz，带内最高增益为6.71dBi。该滤波天线结构紧凑，有较好的滤波特性，覆盖5G毫米波频段n259波段，有良好的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及无线通信系统中天线技术领域，设计了一种基于基片集成波导技术的嵌套型介质谐振器滤波天线。
背景技术
随着无线通信技术的高速发展，射频前端呈现高效率、集成化、低损耗、低成本、小型化的发展趋势。天线和滤波器是射频前端的核心组件。滤波天线将滤波器和天线作为一个整体进行设计，减小了射频前端的体积和重量，降低了成本，提高了效率和系统性能。介质谐振器天线具有损耗小、设计灵活、易于集成等优点，在高频微波具有很高的辐射效率，非常适宜设计毫米波天线。基片集成波导技术具有低损耗、低成本、易于集成等优点。基于基片集成波导技术可以实现具有高滤波响应和良好频率选择性的毫米波滤波天线。因此，基于基片集成波导技术的介质谐振器滤波天线在5G毫米波波段有良好的应用前景。
发明内容
本实用新型设计一种基于基片集成波导技术的嵌套型介质谐振器滤波天线。所设计的滤波天线中心频率为41GHz，工作频段达到38.81-43.22GHz，阻抗相对带宽为10.8％，两个辐射零点在通带外，分别在37.43GHz和45.31GHz，带内增益大部分在5dBi附近，其中最高可达6.71dBi。
为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：该滤波天线由一个矩形介质谐振器、一个圆柱形介质谐振器、一层金属接地面、一层介质基板、一个基片集成波导谐振腔和微带-贴片馈电结构构成。矩形介质谐振器的材料为Arlon AD600(tm)，介电常数εr1＝6.15，圆柱形介质谐振器嵌套在矩形介质谐振器的正中心，材料为Arlon AD430(tm)，介电常数εr2＝4.3，介质基板的材料采用Arlon 25N(tm)，介电常数εr3＝3.38；基片集成波导谐振腔与介质谐振器天线相互作用产生辐射零点；该滤波天线通过微带-贴片馈电结构与金属接地面上的矩形槽1耦合馈电，激励天线辐射单元，刻蚀在方形贴片上的矩形槽2用于改善滤波效果。
本实用新型的优点是：该天线的工作频段达到38.81-43.22GHz，属于5G毫米波规划频段；该天线通过微带-贴片馈电结构与金属接地面上的矩形槽1耦合馈电，使用矩形介质谐振器嵌套圆柱形介质谐振器的结构与基片集成波导谐振腔相互作用，在边带边缘产生了两个辐射零点，分别在37.43GHz和45.31GHz；通过在方形贴片上刻蚀矩形槽2，使辐射零点的位置下降到-30dB以下，改善了滤波特性；带内增益大部分在5dBi附近，最高可达6.71dBi，能够将电磁能量有效辐射。
所述矩形介质谐振器是指：长宽为a＝4.5mm，高为h＝3mm的矩形块中心减去一个半径为r1＝1.2mm，高为h＝3mm的圆柱。
所述圆柱形介质谐振器是指：半径为r1＝1.2mm，高为h1＝6mm的圆柱。
所述金属接地面上的矩形槽1是指：一个位于接地面中心的长为s1＝4.6mm，宽为s2＝0.7mm的矩形槽。
所述的基片集成波导谐振腔是指：位于方形贴片上方，嵌在介质基板里，由半径为r2＝0.25mm，高度为h2＝0.813mm，间距为d＝0.8mm的37个金属柱围成的谐振腔。
所述微带-贴片馈电结构是指：由一条微带线和一个方形贴片组成，且在方形贴片上有一对倒L形开口以微带线的中心线左右对称分布。
所述方形贴片上的矩形槽2是指：一个位于方形贴片中心且与接地面上的矩形槽1相互垂直的宽为s3＝0.7mm，长为s4＝4.6mm的矩形槽。
附图说明
图1是本实用新型一种基于基片集成波导技术的嵌套型介质谐振器滤波天线的俯视图。
图2是本实用新型一种基于基片集成波导技术的嵌套型介质谐振器滤波天线的侧视图。
图3是本实用新型一种基于基片集成波导技术的嵌套型介质谐振器滤波天线介质基板上表面示意图。
图4是本实用新型一种基于基片集成波导技术的嵌套型介质谐振器滤波天线基片集成波导谐振腔上表面示意图。
图5是本实用新型一种基于基片集成波导技术的嵌套型介质谐振器滤波天线介质基板下表面示意图。
图6是本实用新型一种基于基片集成波导技术的嵌套型介质谐振器滤波天线的透视图。
图7是本实用新型一种基于基片集成波导技术的嵌套型介质谐振器滤波天线S参数仿真结果图。
图8是本实用新型一种基于基片集成波导技术的嵌套型介质谐振器滤波天线增益仿真结果图。
具体实施方式
下面结合说明书附图，对本实用新型做进一步详细说明。
如图1所示，介质谐振器是由矩形介质谐振器(101)嵌套圆柱形介质谐振器(102)组成的。矩形介质谐振器(101)的材料为Arlon AD600(tm)，介电常数εr1＝6.15，边长为a＝4.5mm，圆柱形介质谐振器(102)嵌套在矩形介质谐振器的正中心，材料为Arlon AD430(tm)，介电常数εr2＝4.3，半径为r1＝1.2mm。
如图2所示，金属接地面(201)置于介质基板(202)上表面。介质基板(202)的长度b＝25mm，高度h2＝0.813mm，介电常数εr3＝3.38；矩形介质谐振器(101)的高度h＝3mm，圆柱形介质谐振器(102)的高度h1＝6mm；基片集成波导谐振腔的高度h2＝0.813mm。
如图3所示，金属接地面(201)上刻蚀一个矩形槽1(301)，矩形槽1(301)用于激励介质谐振器，改善带外抑制。矩形槽1(301)的长度s1＝4.6mm，宽度s2＝0.7mm金属接地面(201)长度与宽度均和介质基板(202)相同，长度b＝25mm。
如图4所示，基片集成波导谐振腔(401)嵌套在介质基板(202)里，由半径为r2＝0.25mm，高度为h2＝0.813mm，间距为d＝0.8mm的37个金属柱围成。
如图5所示，微带-贴片馈电结构(501)置于介质基板(202)下表面，微带-贴片馈电结构(501)中与微带线级联的方形贴片位于介质基板(202)下表面的正中心。其中微带线的长度l2＝13.1mm，宽度l6＝1.8mm，方形贴片的边长l1＝9mm，方形贴片上有一对关于微带线对称分布的倒L形开口，倒L形开口的边长l3＝1.5mm，l4＝2mm，宽度l5＝0.4mm。方形贴片上的矩形槽2(601)位于方形贴片的正中心，且与接地面(201)上的矩形槽1(301)相互垂直，矩形槽2(601)的宽度s3＝0.7mm，长度s4＝4.6mm。
如图6所示，本实用新型一种基于基片集成波导技术的嵌套型介质谐振器滤波天线的透视图。该天线包括最上层的矩形介质谐振器(101)、嵌套在矩形介质谐振器正中心的圆柱形介质谐振器(102)，介质基板(202)上表面刻蚀矩形槽1(301)的金属接地面(201)、介质基板(202)、嵌套在介质基板(202)中的基片集成波导谐振腔(401)，介质基板(202)下表面的微带-贴片馈电结构(501)，刻蚀在方形贴片上的矩形槽2(601)。
如图7所示，本实用新型一种基于基片集成波导技术的嵌套型介质谐振器滤波天线S参数仿真结果。该天线工作频段达到38.81-43.22GHz，阻抗相对带宽为10.8％，在5G毫米波中有良好的应用前景。
如图8所示，本实用新型一种基于基片集成波导技术的嵌套型介质谐振器滤波天线增益仿真结果。两个辐射零点分别在37.43GHz和45.31GHz，带内增益大部分在5dBi附近，其中最高可达6.71dBi，两个辐射零点的位置均在-30dB以下。
以上所述，仅为本实用新型的具体实施方案，本实用新型的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。
Claims (5)
1.一种基于基片集成波导技术的嵌套型介质谐振器滤波天线，其特征是，天线包括：矩形介质谐振器(101)、圆柱形介质谐振器(102)、金属接地面(201)、介质基板(202)、基片集成波导谐振腔(401)、微带-贴片馈电结构(501)，其中金属接地面(201)的正中心刻蚀一个矩形槽1(301)，微带-贴片馈电结构(501)上刻蚀一个矩形槽2(601)。
2.根据权利要求1所述的一种基于基片集成波导技术的嵌套型介质谐振器滤波天线，其特征是，矩形介质谐振器(101)的长宽相同，为a＝4.5mm，高为h＝3mm，且中心减去了一个半径为r1＝1.2mm，高为h＝3mm的圆柱；圆柱形介质谐振器(102)是指一个嵌套在矩形介质谐振器中心的圆柱，半径为r1＝1.2mm，高为h1＝6mm；基片集成波导谐振腔(401)是由嵌套在介质基板(202)内部的37个金属柱围成的谐振腔，金属柱的半径为r2＝0.25mm，高度为h2＝0.813mm，间距为d＝0.8mm；微带-贴片馈电结构(501)位于介质基板下表面，是由一条微带线和一个方形贴片组成，且在方形贴片上有一对关于微带线对称分布的倒L形开口；矩形槽2(601)是指一个刻蚀在方形贴片中心且与接地面上的矩形槽1(301)相互垂直的矩形槽。
3.根据权利要求1所述的一种基于基片集成波导技术的嵌套型介质谐振器滤波天线，其特征是，介质基板(202)的材料采用Arlon 25N(tm)；矩形介质谐振器(101)的材料采用Arlon AD600(tm)；圆柱形介质谐振器(102)的材料采用Arlon AD430(tm)。
4.根据权利要求1所述的一种基于基片集成波导技术的嵌套型介质谐振器滤波天线，其特征是，介质基板(202)上表面为金属接地面(201)，刻蚀一个矩形槽1(301)；下表面为微带-贴片馈电结构(501),刻蚀一个矩形槽2(601)；矩形介质谐振器(101)放置于矩形槽1(301)的正上方；圆柱形介质谐振器(102)嵌套在矩形介质谐振器(101)的正中心；基片集成波导谐振腔(401)嵌套在介质基板(202)里。
5.根据权利要求1所述的一种基于基片集成波导技术的嵌套型介质谐振器滤波天线，其特征是，该滤波天线由微带-贴片馈电结构(501)、矩形槽1(301)和矩形槽2(601)耦合激励，产生滤波特性的同时改善了带外抑制；该天线工作频段为38.81-43.22GHz。
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