一種具有良好帶外抑制特性的電小三階濾波器天線的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種具有良好帶外抑制特性的電小三階濾波器天線，屬于濾波器和天線交叉技術(shù)領(lǐng)域。該濾波器天線包括饋線部分、諧振器部分、耦合線部分、輻射貼片部分、介質(zhì)基板和接地板。該濾波器天線在兩個(gè)開口相對的開環(huán)諧振器的基礎(chǔ)上，用一個(gè)包含扇形的曲折天線來替代最后一個(gè)諧振器，使得天線同時(shí)兼具有輻射能量和諧振的作用，這樣不僅減少了濾波器和天線的整體尺寸，還使得濾波器和天線之間的傳輸損耗接近于零。而作為最后一階諧振器的天線，也就具有了帶外抑制的功能。更進(jìn)一步，在第一個(gè)諧振器的內(nèi)部再并聯(lián)一個(gè)諧振器，使得濾波器天線在保持原有尺寸不變的情況下，帶寬得到顯著增大。本濾波器天線還具有結(jié)構(gòu)緊湊、電尺寸小、易于加工的特點(diǎn)。
【專利說明】
-種具有良好帶外抑制特性的電小H階濾波器天線
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于濾波器與天線交叉技術(shù)領(lǐng)域，設(shè)及一種具有良好帶外抑制特性的電小 =階濾波器天線。
【背景技術(shù)】
[0002] 在傳統(tǒng)的無線通信系統(tǒng)中，濾波器和天線是兩個(gè)相互獨(dú)立的器件，它們各自實(shí)現(xiàn) 不同的功能，并且由一根50Q的傳輸線（阻抗轉(zhuǎn)換器)相連接，但運(yùn)根50Q的傳輸線在我們 所需的頻率范圍內(nèi)無法與整個(gè)系統(tǒng)完全匹配，它會引入一些損耗并降低整個(gè)系統(tǒng)的性能。 隨著通信技術(shù)的高速發(fā)展，目前通信平臺向著日益緊湊化發(fā)展，運(yùn)就使得對射頻前端的天 線的小型化和低成本提出了更高的要求。因此，設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡單緊湊且具有濾波性能的天線 一直得到了廣泛的研究。
[0003] 在已有的濾波器天線的設(shè)計(jì)中，主要有兩類設(shè)計(jì)方式:一是，將濾波器和天線分層 放置，運(yùn)樣的設(shè)計(jì)雖然減少了系統(tǒng)的平面尺寸，但系統(tǒng)的厚度卻增加了；另一種是，將濾波 器和天線綜合設(shè)計(jì)，即天線既作為最后一階諧振器又作為福射器，運(yùn)樣的設(shè)計(jì)方法，不僅減 少了系統(tǒng)的整體尺寸，而且濾波器和天線之間也不必再連接一個(gè)阻抗變換器，減少了濾波 器和天線之間的損耗。
[0004] 本發(fā)明意在提供一種結(jié)構(gòu)簡單的平面型的具有良好帶外抑制功能的電小濾波器 天線。使得該天線在具有緊湊結(jié)構(gòu)的同時(shí)，又兼具濾波器和天線的功能。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005] 有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種具有良好帶外抑制特性的電小=階濾波器 天線。該濾波器天線充分利用諧振器的空間，將最后一階諧振器替換為天線，使系統(tǒng)的尺寸 減少了 1/3,且充分利用開口環(huán)形諧振器的內(nèi)部空間，在不增加濾波器天線已有的尺寸基礎(chǔ) 上，通過在內(nèi)部再并聯(lián)一個(gè)開口環(huán)形諧振器，有效拓寬了濾波器天線的帶寬。
[0006] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：
[0007] -種具有良好帶外抑制特性的電小=階濾波器天線，包括饋線部分、諧振器部分、 禪合線部分、福射器部分、介質(zhì)基板和接地板。
[000引所述禪合器部分、諧振器部分、禪合線部分W及福射器部分均位于介質(zhì)基板上表 面;接地板位于介質(zhì)基板下表面。
[0009]所述諧振器部分包括兩個(gè)嵌套的開口環(huán)形諧振器和天線，外開口環(huán)形諧振器開口 端的上（下）臂與內(nèi)開口環(huán)形諧振器開口端下臂(上臂延伸線)平行，內(nèi)開口環(huán)形諧振器開口 后端上臂延伸線一部分與外開口環(huán)形諧振器開口端上臂垂直，一部分與外開口環(huán)形諧振器 開口端上臂平行，最后一部分與天線的倒L形部分相平行，而天線既是最后一階諧振器又是 福射器。禪合線與開口環(huán)形諧振器的對應(yīng)邊平行，位于外開口環(huán)形諧振器右側(cè)的禪合線上 端與天線相連接且與外開口環(huán)形諧振器的上邊緣齊平，下端超出外開口環(huán)形諧振器下邊緣 一定的距離，位于開口環(huán)形諧振器下側(cè)的禪合線W右側(cè)的禪合線的下端為基點(diǎn)，向左延伸 一定的長度。福射天線由一個(gè)倒L形單極子天線和一個(gè)扇形單極子天線連接而成。饋線的一 端接外開口環(huán)形濾波器，另一端接50 Q同軸線內(nèi)導(dǎo)體。接地板位于介質(zhì)基板下表面，接50 Q 同軸線外導(dǎo)體，其寬度和介質(zhì)基板相同，長度只覆蓋到開口環(huán)形諧振器右側(cè)禪合線處，并且 在兩個(gè)嵌套的開口環(huán)形諧振器的正下方位置蝕刻有溝槽。
[0010] 進(jìn)一步，所述諧振器的外開口環(huán)形諧振器部分由五根寬度均為L2的條帶組成，其 中，最左側(cè)沿Y方向條帶的長度W4+2禮3+2禮2為9.8~21.28mm，寬L2為1.87~2.37mm，上側(cè) 沿X方向條帶的長度L4+2禮3+巧L2為1.87~13.55mm，下側(cè)沿X方向條帶長度L4+2禮3+2禮2+ L6+W11為1.87~14.15mm，外開口環(huán)形諧振器開口處上臂長度W9為17.74~21.28mm，下臂長 度W4+2禮3+2禮2-W9-W8-W7為9.6~12.54mm。
[0011] 進(jìn)一步，所述諧振器的內(nèi)開口環(huán)形諧振器部分由8根寬度均為WlO的條帶組成，其 中，最左側(cè)沿Y方向條帶的長度W4+2*W10為10.7~20.18mm，寬WlO為20.04~21.54mm，與外 開口環(huán)形諧振器對應(yīng)邊垂直距離L3為2.37~2.97mm，上側(cè)沿X方向條帶的長度L4+2*W10為 2.97~12.45臟，下側(cè)沿乂方向條帶長度1^4+1^3+2*胖10+1^2為2.97~13.55111111，內(nèi)開口環(huán)形諧振 器開口處上臂長度19+￥8+￥10-1^2-1^3為16.94~20.18111111，下臂長度￥6+￥10為10.7~ 12.14臟，上臂延伸線垂直于外開口環(huán)形諧振器上臂部分的長度化0+1^3+1^化1^6+￥10為11.95 ~14.15mm，與外開口環(huán)形諧振器上臂的垂直距離W8為17.44~17.74mm，上臂延伸線平行于 外開口環(huán)形諧振器上臂部分的長度W8+W9+2*W10+W11為16.94~22.04mm，與外開口環(huán)形諧 振器上臂的垂直距離L8為14.15~14.45mm，上臂延伸線平行于天線部分長度L7為13.65~ 17.15mm，與天線垂直距離Wll為21.28~21.54mm。
[0012] 進(jìn)一步，所述諧振器的接地板部分，在長度L17為0~14.95mm，寬度W為0~27mm的 長方形覆銅板上侵蝕有槽，槽分為=部分，其中，位于上側(cè)的倒L形的槽，沿Y正方向的長度 W14為9.6~17.5mm，沿X正方向的長度L14為1.87~9.87mm，寬度L13都為1.87~2.17mm;位 于下側(cè)的"一"字形槽，長度L16為，寬度為L13;位于"一"字形槽上方的倒U形槽分為=部分， 寬度W17均為19.68~19.98mm，沿Y方向部分的長W16為10.9~19.98mm，沿X方向上側(cè)部分長 L15為3.17~12.25mm，沿X方向下側(cè)部分與上側(cè)部分有相同的長度。
[001引進(jìn)一步，所述天線部分，沿X正方向延伸部分L9+L10長14.95~24.95mm，沿Y負(fù)方向 延伸部分W12長17.88~21.28mm，天線寬LlO為23.75~24.95mm;扇形天線部分，中屯、為 (24.37mm，19.3mm)，半徑Rl為 10mm，夾角a為245° ~295°。
[0014] 進(jìn)一步，所述介質(zhì)基板的長L為0~29mm，寬W為0~27mm，高度H為1mm，材料為 Rogers 4350B，相對電介質(zhì)常數(shù)3.48，相對磁導(dǎo)率為1.0，損耗正切角值0.0037。
[0015] 進(jìn)一步，所述禪合線部分位于環(huán)形諧振器的下側(cè)和右側(cè)，下側(cè)禪合線部分與諧振 器之間的垂直距離W5為8.7~9.6mm，禪合線寬度L2為8.2~8.7mm，禪合線長度L5為5.35~ 14.95mm;右側(cè)禪合線部分與諧振器之間的水平距離L8為14.15~14.45mm，禪合線長度W4+ 2*L3+3禮2+W5為8.2~21.28mm。
[0016] 進(jìn)一步，所述饋線部分長度LI為0~2.2mm，饋線寬度W2為17.48~19.68mm。
[0017] 本發(fā)明的有益效果在于：1)相比于一般的采用=個(gè)諧振器設(shè)計(jì)=階帶通濾波器級 聯(lián)天線的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，本發(fā)明充分利用兩個(gè)并聯(lián)的嵌套式開口環(huán)形諧振器W及天線實(shí)現(xiàn) =階帶通濾波器天線的設(shè)計(jì)，等效于減少濾波器的個(gè)數(shù)來實(shí)現(xiàn)濾波器天線的小型化，提高 了天線的帶外抑制特性;2)相比于采用兩個(gè)諧振器并行排列設(shè)計(jì)的=階濾波器天線的設(shè)計(jì) 思路，本發(fā)明等效于利用一個(gè)諧振器的尺寸實(shí)現(xiàn)了兩個(gè)諧振器的功能；3)本發(fā)明通過在一 個(gè)開口環(huán)形諧振器內(nèi)部加載諧振器的方法，提高了濾波器的階數(shù)，進(jìn)一步擴(kuò)展了濾波器天 線的通帶帶寬;4)相比與現(xiàn)有的濾波器天線，本發(fā)明是電小天線化a<l，），天線電尺寸遠(yuǎn)遠(yuǎn) 小于目前報(bào)道過的濾波器天線。
【附圖說明】
[0018] 為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果更加清楚，本發(fā)明提供如下附圖進(jìn)行 說明：
[0019] 圖1為本發(fā)明所述的濾波器天線的整體結(jié)構(gòu)圖；
[0020] 圖2為本發(fā)明所述的濾波器天線的主視圖；
[0021 ]圖3為本發(fā)明所述的濾波器天線的后視圖；
[0022] 圖4為本發(fā)明所述的濾波器天線的HFSS的S參數(shù)W及可實(shí)現(xiàn)增益仿真結(jié)果；
[0023] 圖5為本發(fā)明所述的濾波器天線的HFSS的主極化、交叉極化方向圖仿真結(jié)果；
[0024] 其中：1、長方體介質(zhì)基板；2、外開口環(huán)形諧振器部分;3、內(nèi)開口環(huán)形諧振器部分； 4、禪合線部分;5、天線部分;6、饋線部分。
【具體實(shí)施方式】
[0025] 下面將結(jié)合附圖，對本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)的描述。
[0026] 圖1為本發(fā)明所述的雙通帶濾波器的整體結(jié)構(gòu)圖，如圖所示，該濾波器包括長方體 介質(zhì)基板1;外開口環(huán)形諧振器部分2;內(nèi)開口環(huán)形諧振器部分3;兩條禪合線4;包含倒L形、 扇形兩部分的單極子天線5;饋線部分6。長方體介質(zhì)基板厚度表示為H，采用材料 Rogers4350B，其介電常數(shù)為3.48，相對磁導(dǎo)率1.0，損耗正切值為0.0037。諧振器部分、天線 部分、禪合線部分W及饋線部分厚度均相同。圖2為本發(fā)明所述的具有帶外抑制特性的電小 =階濾波器的主視圖，圖3為本發(fā)明所述的具有帶外抑制特性的電小=階濾波器的后視圖。 仿真得到濾波器的最優(yōu)尺寸如表1所示。
[0027] 所述具有帶外抑制特性的電小S階濾波器天線，通過改變外開口環(huán)形諧振器和天 線的尺寸，可W直接改變整個(gè)天線的通帶工作范圍。但是當(dāng)通帶工作范圍增加到一定的程 度后，通帶內(nèi)的增益就會下降，使得天線性能降低。通過加載內(nèi)開口環(huán)形諧振器，就可W改 善通帶內(nèi)的增益，使得天線相比于沒有內(nèi)開口環(huán)形諧振器的天線帶寬得到增加而且通帶內(nèi) 的增益也沒有惡化，同時(shí)天線的尺寸也沒有顯著的增加。通過改變內(nèi)外諧振器之間的距離， 可W調(diào)節(jié)兩個(gè)諧振器之間的禪合，而改變內(nèi)開口環(huán)形諧振器上臂延長線可W調(diào)節(jié)內(nèi)外開口 環(huán)形諧振器的禪合程度和內(nèi)開口環(huán)形諧振器與天線之間的禪合程度。內(nèi)開口環(huán)形諧振器上 臂延長線使得天線能和內(nèi)開口環(huán)形諧振器之間產(chǎn)生直接禪合。
[0028] 所述禪合線部分4分別位于諧振器的下側(cè)和右側(cè)，下側(cè)禪合線距離外開口環(huán)形諧 振器的垂直距離是L5,通過改變L5可W改變外諧振器與天線的禪合程度，右側(cè)禪合線距離 外開口環(huán)形諧振器的水平距離是W8,通過改變W8可W同時(shí)改變內(nèi)、外諧振器與天線的禪合 程度，禪合線與諧振器對應(yīng)邊平行，并且一端直接連接在天線上，使得=個(gè)諧振器兩兩相互 禪合，實(shí)現(xiàn)了天線與諧振器之間的良好禪合。
[0029] 所述天線部分5與禪合線相連接，由倒L形和扇形單極子天線連接而成。倒L形天線 沿X軸的長度不同，天線諧振頻點(diǎn)將會發(fā)生很大的變化，而扇形結(jié)構(gòu)天線的主要作用是將能 量福射出去。
[0030] 使用高頻電磁仿真軟件HFSS 13.0對上述建立的天線結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，得 出電小天線結(jié)構(gòu)尺寸最優(yōu)值如表1所示：（表中H為介質(zhì)基板的厚度）
[0031] 表1本發(fā)明各參數(shù)最佳尺寸表
[0032]
[0033] 在本實(shí)施例中，使用HFSS 13.0仿真了天線性能參數(shù)，對濾波器S參數(shù)進(jìn)行仿真分 析。
[0034] 圖4為仿真得到的濾波器天線Sii參數(shù)和可實(shí)現(xiàn)增益隨頻率變化的曲線圖。如圖所 示，所設(shè)計(jì)濾波器天線的-10地通帶為2.264G化~2.46細(xì)Z，相對帶寬為8.27%，通帶內(nèi)有S 個(gè)傳輸零點(diǎn)，依次位于2.305GHz、2.338GHz、2.413GHz，阻帶抑制大于15地，在通帶內(nèi)可實(shí)現(xiàn) 增益穩(wěn)定，具有良好的帶外抑制效果。
[0035] 圖5為仿真得到的濾波器天線在=個(gè)諧振頻點(diǎn)的主極化交叉極化方向圖（圖(a)為 在諧振頻點(diǎn)2.305G化處，天線在E(ZOX)面和H(zoy)面的二維方向圖；圖（b)為在諧振頻點(diǎn) 2.338G化處，天線在E(ZOX)面和H(zoy)面的二維方向圖；圖（C)為在諧振頻點(diǎn)2.413G化處， 天線在E(ZOX)面和H(zoy)面的二維方向圖）。如圖所示，所設(shè)計(jì)濾波器天線在E面福射方式 是與單極子天線福射方式相同，在H面接近于全向福射;所設(shè)計(jì)濾波器天線在所有的諧振頻 點(diǎn)處都有相似的福射模式，福射方式比較穩(wěn)定，交叉極化福射水平低于-20地。
[0036]最后說明的是，W上優(yōu)選實(shí)施例僅用W說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管通 過上述優(yōu)選實(shí)施例已經(jīng)對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的描述，但本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可W在 形式上和細(xì)節(jié)上對其做出各種各樣的改變，而不偏離本發(fā)明權(quán)利要求書所限定的范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種具有良好帶外抑制特性的電小三階濾波器天線，其特征在于:包括諧振器部分、 耦合線部分、輻射天線部分、饋線部分、介質(zhì)基板和接地板。 所述諧振器部分、耦合線部分、輻射天線部分、饋線部分均位于介質(zhì)基板上表面，接地 板位于介質(zhì)基板下表面，介質(zhì)基板上表面左半部分設(shè)置有外開口環(huán)形諧振器和內(nèi)開口環(huán)形 諧振器，外開口環(huán)形諧振器與50 Ω同軸線內(nèi)導(dǎo)體連接，介質(zhì)基板上表面右半部分設(shè)置有耦 合線和既作為最后一階諧振器又作為輻射器的天線。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有良好帶外抑制特性的電小三階濾波器天線，其特征 在于:所述諧振器部分包括兩個(gè)嵌套的開口環(huán)形諧振器和天線，外開口環(huán)形諧振器開口端 的上(下）臂與內(nèi)開口環(huán)形諧振器開口端下臂(上臂延伸線)平行；內(nèi)開口環(huán)形諧振器開口后 端上臂延伸線一部分與外開口環(huán)形諧振器開口端上臂垂直，一部分與外開口環(huán)形諧振器開 口端上臂平行，最后一部分與天線的倒L形部分相平;而天線既是最后一階諧振器又是輻射 器。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種具有良好帶外抑制特性的電小三階濾波器天線，其特征 在于:所述耦合線位于諧振器的右側(cè)以及下側(cè);其中，耦合線與開口環(huán)形諧振器的對應(yīng)邊平 行，位于外開口環(huán)形諧振器右側(cè)的耦合線上端與天線相連接且與外開口環(huán)形諧振器的上邊 緣齊平，下端超出外開口環(huán)形諧振器下邊緣一定的距離;位于開口環(huán)形諧振器下側(cè)的耦合 線則以右側(cè)的耦合線的下端為基點(diǎn)，向左延伸一定的長度，從而使得諧振器兩兩之間都有 良好的耦合。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種具有良好帶外抑制特性的電小三階濾波器天線，其特征 在于:所述輻射天線由一個(gè)倒L形單極子天線和一個(gè)扇形單極子天線連接而成，這樣的設(shè)計(jì) 不僅使得天線能作為諧振器使用還能使更多的能量被輻射出去。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種具有良好帶外抑制特性的電小三階濾波器天線，其特征 在于:所述饋線的一端接外開口環(huán)形濾波器，另一端接50 Ω同軸線內(nèi)導(dǎo)體。6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種具有良好帶外抑制特性的電小三階濾波器天線，其特征 在于:所述接地板位于介質(zhì)基板下表面，接50 Ω同軸線外導(dǎo)體，其寬度和介質(zhì)基板相同，長 度只覆蓋到開口環(huán)形諧振器右側(cè)耦合線處，并且在兩個(gè)嵌套的開口環(huán)形諧振器的正下方位 置蝕刻有溝槽。7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種具有良好帶外抑制特性的電小三階濾波器天線，其特征 在于：所述長方體介質(zhì)基板材料為Rogers R04350B，相對電介質(zhì)常數(shù)3.48,相對磁導(dǎo)率為 1.0，損耗正切角值0.0037，板材厚度H= 1mm。
【文檔編號】H01Q1/38GK105846071SQ201610242315
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年4月19日
【發(fā)明人】唐明春, 陳英, 王浩, 石婷
【申請人】重慶大學(xué)