本發(fā)明屬于無線通信天線技術領域，特別是一種結構簡單，帶寬較寬，增益較高，實現(xiàn)濾波以及定向輻射的平面寬帶濾波天線。

背景技術：

無線通信的射頻前端分別設有天線和濾波器，天線和濾波器通過匹配網(wǎng)絡連接。為了滿足現(xiàn)代通信終端小型化需求，需將天線與濾波器進行集成，構成同時具有輻射和濾波功能的單一器件，即濾波天線(filtering antenna，filtenna)。

當前，濾波天線的主要設計思路可歸納為兩種：一種是在天線中級聯(lián)濾波結構，使天線具有濾波特性。另—種是將濾波器和天線進行綜合設計，從經(jīng)典帶通濾波器的綜合理論出發(fā)，將天線等效成串聯(lián)或并聯(lián)的RLC電路，在起輻射作用的同時，也充當濾波器最后一級諧振器和負載。

但是，上述方法均不可避免的增大了天線的幾何尺寸，使得天線的復雜程度增加，不便于加工和使用；同時也很容易增大損耗，造成天線的增益不高或者不穩(wěn)定，并且?guī)捿^窄，應用有限。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種平面寬帶濾波天線，結構簡單，帶寬較寬，增益較高，能同時實現(xiàn)濾波以及定向輻射。

實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術解決方案為：

一種平面寬帶濾波天線，包括下表面貼有金屬接地板的矩形介質基板，在所述介質基板的上表面設有金屬貼片和饋電口，所述饋電口置于介質基板的一個窄邊上，金屬貼片置于介質基板內，金屬貼片與饋電口相連，所述金屬貼片通過金屬化通孔與金屬接地板相連。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比，其顯著優(yōu)點為：

1、結構簡單：通過金屬通孔連接上層振子與下層反射器，擺脫了雙層設計，無需單獨設計巴倫，減小了天線尺寸與設計復雜度，更有實用價值。通過在50歐姆微帶傳輸線上加載緊致微帶諧振單元以實現(xiàn)濾波，簡單有效，結構緊湊，實現(xiàn)了小型化。

2、帶寬較寬：本發(fā)明放棄傳統(tǒng)巴倫，采用金屬通孔饋電與微帶線直接饋電，以實現(xiàn)差分饋電，解決了傳統(tǒng)天線頻帶窄的問題，

3、增益較高，實現(xiàn)濾波以及定向輻射：采用八木天線作為輻射單元，具有增益較高，單向輻射的特點。

下面結合附圖和具體實施方式對本發(fā)明作進一步的詳細描述。

附圖說明

圖1為本發(fā)明平面寬帶濾波天線一實施例的結構示意圖。

圖2為本發(fā)明平面寬帶濾波天線另一實施例的結構示意圖。

圖3為圖2中緊致微帶諧振單元的結構示意圖。

圖4為圖2所示平面寬帶濾波天線的幾何尺寸示例圖。

圖5為圖3中緊致微帶諧振單元的幾何尺寸示例圖。

圖6為圖1所示平面寬帶濾波天線的HFSS仿真S11圖。

圖7為圖2所示平面寬帶濾波天線的HFSS仿真S11圖。

圖8為圖2所示平面寬帶濾波天線在7.5GHz的仿真輻射增益圖。

圖9為圖2所示平面寬帶濾波天線在3.2GHz頻率下的電流分配圖。

圖10為圖2所示平面寬帶濾波天線在7.5GHz頻率下的電流分配圖。

圖中，介質基板1，金屬接地板2，金屬貼片3，饋電口4，金屬化通孔5，

第一微帶傳輸線31，第二微帶傳輸線32，第三微帶傳輸線33，第一振子臂34，第二振子臂35，第一引向器36，第二引向器37，

緊致微帶諧振單元6，第一橫向窄帶線61，第二橫向窄帶線62，第三橫向窄帶線63，縱向窄帶線64，微帶直角三角形65，66，67，68，

反射器21，饋電微帶線22。

具體實施方式

如圖1所示，本發(fā)明平面寬帶濾波天線，包括下表面貼有金屬接地板2的矩形介質基板1，在所述介質基板1的上表面設有金屬貼片3和饋電口4，所述饋電口4置于介質基板1的一個窄邊上，金屬貼片3置于介質基板1內，金屬貼片3與饋電口4相連，所述金屬貼片3通過金屬化通孔5與金屬接地板2相連。

如圖1所示，所述金屬貼片3包括第一微帶傳輸線31、第二微帶傳輸線32、第三微帶傳輸線33、第一振子臂34、第二振子臂35、第一引向器36和第二引向器37；

所述第二微帶傳輸線32的寬度大于第一微帶傳輸線31的寬度，小于第三微帶傳輸線33的寬度，所述第二微帶傳輸線32的一端與第一微帶傳輸線31的一端相連，另一端與第三微帶傳輸線33的寬度的一端相連，第一微帶傳輸線31的另一端與饋電口4相連。

所述饋電口4、緊致微帶諧振單元6、第一微帶傳輸線31、第二微帶傳輸線32、第三微帶傳輸線33沿矩形介質基板1上表面的長軸線依次縱向排列。

所述第一振子臂34和第二振子臂35均呈L形，第一振子臂34與第二振子臂35沿矩形介質基板1上表面的長軸線對稱布置，其一端分別置于介質基板1的兩個寬邊上，第二振子臂35的另一端金屬化通孔5與金屬接地板2相連，第一振子臂34的另一端與第三微帶傳輸線33的另一端相連，第一振子臂34與第二振子臂35之間設有間隙。

所述第一引向器36置于介質基板1上與饋電口4相對的另一窄邊，并與該窄邊平行，第二引向器37與第一引向器36平行，置于第一引向器36與第一振子臂34之間，第一引向器36和第二引向器37的中點均位于矩形介質基板1上表面的長軸線上。

所述第一振子臂34和第二振子臂35均呈L形，采用了彎折形式，以實現(xiàn)小型化；

所述振子臂34、35采用了不同的饋電方式，振子臂34為微帶傳輸線直接饋電，振子臂35利用金屬化通孔進行饋電，與振子臂35形成180度相位差，從而實現(xiàn)了微帶線到共面帶狀線的轉換。

所述金屬貼片3中的36、37為八木天線引向器，36、37的長度小于1/2中心頻率介質波長，36、37對天線增益有較大影響。

所述的饋電輸入端口4的阻抗為50歐姆，所述微帶傳輸線31的特性阻抗為50歐姆。

所述金屬貼片3中的36、37為八木天線引向器，36、37的長度小于1/2中心頻率介質波長，36、37對天線增益有較大影響。

如圖2、4所示，所述第一微帶傳輸線31經(jīng)蝕刻形成一緊致微帶諧振單元6，所述緊致微帶諧振單元6包括相互平行的第一橫向窄帶線61、第二橫向窄帶線62、第三橫向窄帶線63和與之垂直的縱向窄帶線64及四個微帶直角三角形65、66、67、68，所述第一橫向窄帶線61的中點與縱向窄帶線64的一端相連，第三橫向窄帶線63的中點與縱向窄帶線64的另一端相連，第二橫向窄帶線62的中點與縱向窄帶線64的中點相連；

所述第一微帶直角三角形65位于縱向窄帶線64一側的第一橫向窄帶線61、第二橫向窄帶線62之間，其一個直角邊與縱向窄帶線64平行且遠離縱向窄帶線64，其另一個直角邊平行且靠近第一橫向窄帶線61，其遠離第一橫向窄帶線61的頂端與第二橫向窄帶線62的外端相連，第一微帶直角三角形65與第一橫向窄帶線61、縱向窄帶線64之間均存在間隙；

所述第二微帶直角三角形66與第一微帶直角三角形65關于縱向窄帶線64對稱，第三微帶直角三角形67與第一微帶直角三角形65關于第二橫向窄帶線62對稱，第四微帶直角三角形68與第三微帶直角三角形67關于縱向窄帶線64對稱。

所述緊致微帶諧振單元CMRC6為上下左右對稱結構，是對稱二端口網(wǎng)絡結構。

如圖3所示，所述緊致微帶諧振單元CMRC6為上下左右對稱結構，是對稱二端口網(wǎng)絡結構。

如圖3所示，所述緊致微帶諧振單元6是一種通過微帶光刻腐蝕技術，在標準50歐姆微帶傳輸線31中形成的特定圖形的特殊微帶電路結構，由于在正常的50歐姆微帶線31中蝕刻掉了一部分金屬，形成的上下相連的細窄的微帶線將增加其等效的串聯(lián)電感。相反，蝕刻出的兩條縫隙則增加了其等效并聯(lián)電容，所以緊致微帶諧振單元6可等效為RLC諧振電路，呈現(xiàn)帶阻特性。通過調節(jié)單元的長度lc以及蝕刻圖形中縫隙s1、s2、s3的尺寸大小,則可以在不同的頻段得到慢波效應。

優(yōu)選地，所述第一微帶傳輸線31的特性阻抗為50歐姆。

如圖1、2所示，所述金屬接地板2位于矩形介質基板1的下表面，包括矩形反射器21與矩形饋電微帶線22，矩形反射器21與矩形饋電微帶線22沿矩形介質基板1下表面的長軸線依次縱向排列，且其中點均位于矩形介質基板1下表面的長軸線上；

矩形反射器21的一端與饋電口4所在的窄邊相連，其長度為三段微帶傳輸線31、32、33的總長度，寬度與介質基板1的寬度相同，而另一端與矩形饋電微帶線22相連，矩形饋電微帶線22的長度大于金屬化通孔5的上邊沿到矩形反射器21的距離，且小于振子臂34中平行于下表面長軸線的部分的長度，寬度略小于微帶線33的寬度，饋電微帶線22通過金屬化通孔5與振子臂35相連。

所述金屬化通孔5穿過介質基板1將金屬貼片3中的35與金屬接地板2中的22相連接。

本發(fā)明利用微帶準八木天線上加載緊致微帶諧振單元的方式來實現(xiàn)濾波，輻射單元采用微帶準八木天線以獲得定向輻射特性，利用特殊的饋電結構實現(xiàn)寬帶特性，從而最終形成一個平面寬帶濾波天線。

下面結合具體實例對本發(fā)明作進一步詳細描述。

實施例1：

一種平面寬帶濾波天線結構如圖2所示，有關尺寸規(guī)格如圖4所示，所采用的介質板為介電常數(shù)4.4、厚度0.8mm的FR4板材。結合圖2與圖4，該平面寬帶濾波天線的主要尺寸參數(shù)如下：W＝25mm，L＝39mm，w1＝1.5mm，d1＝4.5mm，w2＝2.6mm，d2＝5mm，w3＝4.5mm，d3＝4.5mm，w4＝3.5mm，d4＝8.5mm，w5＝2mm，d5＝5.8mm，w6＝2mm，d6＝3mm，w7＝4mm，d7＝3mm，l 1＝10mm，l2＝9mm，l3＝8mm，g＝1mm，r＝0.4mm，lc＝4mm，wc1＝0.2mm，wc2＝0.2mm，wc3＝0.2mm，s1＝0.2mm，s2＝0.2mm，s3＝0.1mm。

本實例平面寬帶濾波天線是在電磁仿真軟件HFSS.11中建模仿真的。圖7是本實例中的反射系數(shù)仿真圖，從圖7中可以看出，天線的帶寬可覆蓋5.6～9.1GHz的頻帶，阻抗帶寬為46.7％，與一般的貼片天線相比帶寬顯著增大。

對于無緊致微帶諧振單元(CMRC)的微帶準八木天線，圖6是其反射系數(shù)仿真圖。從圖6中可以看出，天線的帶寬可覆蓋5.8～9.2GHz的頻帶，在3.2GHz處有一個明顯的諧振點，而這個諧振點會引入雜波并且降低輻射效率。

對比圖6與圖7，可以看出緊致微帶諧振單元6對微帶準八木天線在3.2GHz左右的雜波有明顯的抑制效果，實現(xiàn)了濾波的作用。同時，緊致微帶諧振單元6也在一定程度上改善了天線帶寬。

可以看出，緊致微帶諧振單元6沒有額外增加天線尺寸，結構緊湊，實現(xiàn)了小型化。

如圖9和圖10所示，分別為本發(fā)明平面寬帶濾波天線在3.2GHz、7.5GHz頻率下的電流分配圖，可以看出在3.2GHz處緊致微帶諧振單元對于電流有明顯的抑制作用，從而起到了濾波的效果。

天線中心頻率7.5GHz左右的輻射方向圖如圖8所示。從圖8可以看出，在中心頻率處本發(fā)明平面寬帶濾波天線的最大增益為4.3dB，在Theat＝90°處可以獲得良好的定向輻射性能。

綜上所述，本發(fā)明一種加載緊致微帶諧振單元(CMRC)的平面寬帶濾波天線，采用微帶準八木天線以獲得定向輻射特性，利用特殊的饋電結構實現(xiàn)寬帶特性，通過在50歐姆微帶線上加載緊致微帶諧振單元的方式來實現(xiàn)濾波，從而最終形成一個平面寬帶濾波天線，具有結構簡單、生產成本低、帶寬寬、小型化、定向輻射等特性的濾波天線，非常適用于現(xiàn)代無線通信系統(tǒng)。