一種具有高選擇性和低交叉極化的雙極化濾波天線的制作方法
【技術(shù)領域】
[0001] 本發(fā)明涉及無線移動通信領域，具體涉及一種具有高選擇性和低交叉極化的雙極 化濾波天線。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著移動通信的發(fā)展，在2G/3G/4G這樣的多頻多制式的通信系統(tǒng)中，多頻天線的 研究設計以及應用成為必然。另外，雙極化是基站天線系統(tǒng)中的重要性能要求。因此多頻雙 極化天線陣列將擁有大量的需求。在雙頻陣列設計當中，通常是將不同頻段的兩列陣列分 別放置來實現(xiàn)雙頻性能，這樣設計的話，兩個頻段之間的耦合是一個重要的問題，特別是當 兩個工作頻段比較接近的時候，耦合影響會更大。盡管增加兩個子陣列之間的間距可以解 決耦合度的問題，但是這樣的話整個陣列的尺寸會變得很大。如果子陣列的方向圖具有一 定的帶外抑制效果的話，兩個子陣列之間的互耦將會大大減少，也就是說具有濾波特性的 天線陣元設計具有重要的意義。
[0003] 最近，有很多關(guān)于濾波天線的工作被展開。在這些濾波天線的設計當中，最常用的 一種方法是將天線與濾波電路直接級聯(lián)。這種方法是將濾波器的最后一節(jié)諧振器用天線輻 射體代替，這樣的話需要額外的阻抗變換器或者優(yōu)化諧振器與天線之間的阻抗特性來實現(xiàn) 匹配。有很多性能很好的這類濾波天線被提出來，但是這種多諧振器的方式會帶來更大尺 寸和一定的插入損耗。為了減小這類濾波天線的尺寸，有些學者用缺陷地的方法和在輻射 體下方加入諧振器形成3D結(jié)構(gòu)的方法來實現(xiàn)小型化。另外也有學者融合濾波功分器和差分 濾波電路在天線的饋電網(wǎng)絡中來實現(xiàn)陣列小型化。
[0004]在以上的濾波天線設計中，天線的濾波性能都是通過將濾波電路融合到天線的饋 電網(wǎng)絡中得到的，因此，由額外的濾波電路帶來的插入損耗不可避免，這將直接影響天線的 增益和輻射效率。為了解決這個問題，一種印刷的定向環(huán)形濾波天線通過加載一個環(huán)形微 帶線實現(xiàn)了濾波性能，另一種寄生貼片濾波天線通過插入三個短路探針和一個U型縫隙而 得到良好的濾波性能。由于沒有額外的濾波電路，這兩種天線的增益性能沒有受到影響。但 是這兩種濾波天線都是單極化的，并且它們的結(jié)構(gòu)無法擴展為一個雙極化的濾波天線。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005] 為了克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點與不足，本發(fā)明提供一種具有高選擇性和低交叉極 化的雙極化濾波天線。
[0006] 本天線無需外加損耗電路就實現(xiàn)了帶通濾波特性，通帶邊緣陡峭，邊帶抑制明顯， 具有良好的頻率選擇性，在通帶內(nèi)有良好的平坦增益，并且該天線可以實現(xiàn)雙極化，具有良 好的極化隔離度和交叉極化比，滿足基站天線的基本要求。
[0007] 本發(fā)明如下技術(shù)方案：
[0008] -種具有高選擇性和低交叉極化的雙極化濾波天線，包括位于底部的金屬反射地 板、位于中間的饋電貼片、位于頂部的寄生貼片以及第一、第二介質(zhì)基板，所述第一介質(zhì)基 板的上表面印刷寄生貼片，所述饋電貼片印刷在第二介質(zhì)基板的上表面，還包括兩段正交 耦合的饋電線，所述兩段饋電線印刷在第二介質(zhì)基板的下表面。
[0009] 所述兩段正交耦合的饋電線具體為第一饋電線及第二饋電線，所述兩段饋電線均 為H型。
[0010] 所述第二饋電線為H型，其H型的兩條豎線印刷在第二介質(zhì)基板的下表面，所述H型 的中間橫線印刷在第二介質(zhì)基板的上表面，且與H型的兩條豎線連接。
[0011]所述第一、第二饋電線由SMA接頭的內(nèi)芯直接饋電。
[0012] 所述第一及第二饋電線的等效長度為增益曲線上低頻輻射零點對應波長的二分 之一。
[0013] 還包括環(huán)形縫隙，所述環(huán)形縫隙嵌入在饋電貼片內(nèi)，并關(guān)于饋電貼片中心點對稱， 所述第二饋電線的中間橫線位于環(huán)形縫隙內(nèi)。
[0014] 所述第二介質(zhì)基板與金屬反射地板距離為1mm。
[0015] 所述第一及第二饋電線均為階躍阻抗線的形式。
[0016] 第一饋電線和第二饋電線在天線的通帶低頻部分實現(xiàn)一個輻射零點，寄生貼片在 天線的通帶高頻部分實現(xiàn)另一個輻射零點。
[0017] 本發(fā)明的有益效果：
[0018] (1)無需額外的濾波電路，天線自身集成濾波特性和輻射特性，解決了傳統(tǒng)級聯(lián)型 的濾波天線帶來的插入損耗與額外尺寸的問題；
[0019] (2)天線通帶內(nèi)增益高，定向輻射性能好，方向圖穩(wěn)定，天線通帶外邊緣陡峭，帶外 抑制效果明顯，具有良好的頻率選擇特性；
[0020] (3)天線中使用的新型H型饋電線饋電方式解決了濾波天線中單極化的問題，成功 實現(xiàn)了雙極化，并且在保證體積小和輻射性能良好的情況下實現(xiàn)了高的極化隔離度和低的 交叉極化；
[0021] (4)天線具有帶通濾波特性:通帶高頻和低頻的輻射零點都可以通過分別調(diào)節(jié)寄 生貼片和H型饋電線的尺寸來控制；
[0022] (5)整個天線被設計成對稱結(jié)構(gòu)，以及兩段H型饋電線距離地板的間距只有1mm，使 天線能夠?qū)崿F(xiàn)很低的交叉極化；
[0023] (6)饋電貼片和兩段H型饋電線分別印刷在第二介質(zhì)板的上下面，大大減少了天線 的尺寸和加工難度。
【附圖說明】
[0024]圖1是本發(fā)明實施例中一種具有高選擇性和低交叉極化的雙極化濾波天線的結(jié)構(gòu) 示意圖；
[0025] 圖2(a)是圖1中實施例的側(cè)視圖；
[0026] 圖2(b)是圖1中寄生貼片的俯視圖；
[0027] 圖2(c)是圖1中饋電貼片的俯視圖；
[0028] 圖2(d)是圖1中饋電網(wǎng)絡的俯視圖；
[0029] 圖3是本發(fā)明實施例的增益仿真示意圖；
[0030] 圖4是本發(fā)明實施例的等效二端口網(wǎng)絡；
[0031] 圖5是本發(fā)明實施例等效電路在三種不同的長度Lml下的傳輸系數(shù)仿真結(jié)果圖；
[0032] 圖6(a)是本發(fā)明實施例中直接饋電的天線結(jié)構(gòu)圖；
[0033] 圖6(b)是本發(fā)明實施例中耦合饋電的天線結(jié)構(gòu)圖；
[0034] 圖7是本發(fā)明實施例在圖6(a)及圖6(b)兩種不同饋電結(jié)構(gòu)下的增益結(jié)果對比圖；
[0035] 圖8是本發(fā)明實施例在有無寄生貼片情況下的增益仿真結(jié)果對比圖；
[0036] 圖9(a)是本發(fā)明實施例中第一端口的反射系數(shù)Sn和增益曲線圖；
[0037]圖9(b)是本發(fā)明實施例中第二端口的反射系數(shù)Sn和增益曲線圖；
[0038] 圖10是本發(fā)明實施例中兩個端口之間的隔離度；
[0039] 圖11(a)及圖11(b)分別是本發(fā)明實施例中第一端口在2.49GHz頻點下的E面及H面 仿真與測試輻射方向圖；
[0040] 圖11(c)及圖11(d)分別是本發(fā)明實施例中第一端口在2.69GHz頻點下的E面及H面 的仿真與測試輻射方向圖；
[00411圖12(a)及圖12(b)是本發(fā)明實施例中第二端口在2.49GHz頻點下的E面及H面的仿 真與測試輻射方向圖；
[0042]圖12(c)及圖12(d)是本發(fā)明實施例中第二端口在2.69GHz頻點下的E面及H面的仿 真與測試輻射方向圖；
[0043] 圖13(a)是本發(fā)明實施例中饋電線與地板之間的距離h2在不同參數(shù)值時的反射系 數(shù)對比圖；
[0044] 圖13(b)是本發(fā)明實施例中饋電線與地板之間的距離h2在不同參數(shù)值時的增益曲 線對比圖；
[0045] 圖13(c)是本發(fā)明實施例中饋電線與地板之間的距離h2在不同參數(shù)值時的端口隔 離度對比圖；
[0046] 圖14(a)是本發(fā)明實施例中第一 H型饋電線中間部分線寬w2在不同參數(shù)值時的反 射系數(shù)對比圖；
[0047] 圖14(b)是本發(fā)明實施例中第一 H型饋電線中間部分線寬w2在不同參數(shù)值時的增 益曲線對比圖；
[0048] 圖14(c)是本發(fā)明實施例中第一 H型饋電線中間部分線寬w2在不同參數(shù)值時的隔 離度對比圖；
[0049] 圖15(a)是本發(fā)明實施例中環(huán)形縫隙寬度s在不同參數(shù)值時的反射系數(shù)對比圖；
[0050] 圖15(b)是本發(fā)明實施例中環(huán)形縫隙寬度s在不同參數(shù)值時的增益曲線對比圖；
[0051] 圖16是本發(fā)明實施例中在不同帶寬下的反射系數(shù)和隔離度對比圖。
【具體實施方式】
[0052]下面結(jié)合實施例及附圖，對本發(fā)明作進一步地詳細說明，但本發(fā)明的實施方式不 限于此。
[0053] 實施例
[0054]圖1及圖2(a)-圖2(d)所示，一種具有高選擇性和低交叉極化的雙極化濾波天線， 無需外加的濾波電路，具有帶通濾波響應，包括底部的金屬反射地板1，中間的饋電貼片2， 頂部的寄生貼片3以及兩條正交的H型饋電線4、5。所述寄生貼片邊長為Pi，所