CN109066062A - 一种小型化滤波带状介质天线 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种小型化滤波带状介质天线，包括：带状介质片、微带线、半波长微带线、探针、介质基板和金属地；所述带状介质片、所述微带线和所述半波长微带线设置在所述介质基板的一侧，所述金属地设置在所述介质基板的另一侧；所述探针设置在所述金属地上，且所述探针通过所述微带线与所述半波长微带线连接，以将信号传输到所述半波长微带线上；所述半波长微带线与所述带状介质片耦合，以将所述信号耦合到所述带状介质片上，激励出所述带状介质片上的TM_δ1腔模。本发明能够实现滤波功能，且介质尺寸大大减小。

Description

一种小型化滤波带状介质天线

技术领域

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种小型化滤波带状介质天线。

背景技术

介质天线和滤波天线是分别从天线的材质与功能认定的天线类型，其中介质天线主体由介质构成，其导体损耗低，因此具有低损耗、高辐射效率以及高设计自由度等优点。滤波天线同时具备滤波与天线接收发功能，因此与传统的天线级联滤波器的方式相比，滤波天线能够有效地降低***中对滤波器的需求，降低损耗、提高效率，并且能够降低紧邻天线之间的互耦。两种天线都有广泛研究及应用，那么将介质天线和滤波天线相结合，形成滤波介质天线能将两者的优势结合，使得天线获得更优性能及特点。

通常介质类天线按照使用的介电常数可以分为低介电常数和高介电常数介质天线，两者相比因工作模式不同低介电常数介质天线尺寸相对较大。现有报道的滤波介质天线大多是基于低介电常数的介质工作在HEM介质模(该模式场分布集中于介质内部)实现的，因此介质尺寸较大，目前约为0.0047λ₀ ³(λ₀为在中心频率处所对应的单位空气波长)。目前使用高介电常数介质实现的滤波天线很少，大多数高介电常数的介质天线只是实现天线功能，虽然此类天线因为工作在TM₁₁腔模(该模式场分布集中于介质片与金属地之间)，使得介质的尺寸减小(0.001λ₀ ³)，但是并不具备滤波功能。目前报道的基于高介电常数介质工作于TM₁₁腔模的滤波天线是通过层叠介质圆片的方式实现的，虽然实现了滤波与天线功能的融合，但介质尺寸(0.014λ₀ ³)相对于基于低介电常数介质工作于HEM介质模的滤波介质天线相比反而要大。

因此，现有低介电常数滤波介质天线(HEM介质模)的介质尺寸较大，现有高介电常数介质天线(TM11腔模)大多数设计虽然减小了介质尺寸，但并不具备滤波功能，而具有滤波功能的介质天线则有介质尺寸较大的问题。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的问题，提供了一种小型化滤波带状介质天线，能够实现滤波功能，且介质尺寸大大减小。

本发明就上述技术问题而提出的技术方案如下：

本发明提供一种小型化滤波带状介质天线，包括：带状介质片、微带线、半波长微带线、探针、介质基板和金属地；

所述带状介质片、所述微带线和所述半波长微带线设置在所述介质基板的一侧，所述金属地设置在所述介质基板的另一侧；

所述探针设置在所述金属地上，且所述探针通过所述微带线与所述半波长微带线连接，以将信号传输到所述半波长微带线上；所述半波长微带线与所述带状介质片耦合，以将所述信号耦合到所述带状介质片上，激励出所述带状介质片上的TM_δ1腔模。

进一步地，所述介质基板和所述金属地上设有通孔，所述探针的一端设置在所述金属地上，所述探针的另一端通过所述通孔与所述微带线连接。

进一步地，所述带状介质片和所述半波长微带线平行设置，以在辐射频带内，所述半波长微带线的切向辐射分量与所述带状介质片的切向辐射分量方向相同，使所述带状介质片和所述半波长微带线的远场在天线顶点方向上相互叠加，形成辐射频带；在辐射频带高端的边沿频点，所述半波长微带线的切向辐射分量与所述带状介质片的切向辐射分量方向相反，使所述带状介质片和所述半波长微带线的远场在天线顶点方向上相互抵消，形成辐射零点。

进一步地，所述带状介质片和所述半波长微带线的尺寸可调节；

通过调节所述带状介质片的长、宽、高以及所述半波长微带线的长度来调节天线的工作频率。

进一步地，所述带状介质片和所述半波长微带线之间具有间隙；

通过设置所述带状介质片和所述半波长微带线之间间隙的大小来调节天线的工作带宽。本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

通过半波长微带线给TM_δ1模式带状介质片馈电，实现滤波介质天线，TM_δ1模式在介质短边内的电场分布宽度远小于半波长，从而大大减小天线的介质尺寸，有效解决现有技术中低介电常数滤波介质天线(HEM介质模)及高介电常数滤波介质天线(TM₁₁腔模)介质尺寸较大的问题；半波长微带线与带状介质片平行设置，在保证天线辐射性能的同时提高了天线的频率选择性；带状介质片保持为长条状，使带状介质片的高阶谐振频点与半波长微带线的高阶工作频点在频域上分隔开，减小相互间耦合，从而提高天线的带外抑制性能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例一提供的小型化滤波带状介质天线的俯视图；

图2是本发明实施例一提供的小型化滤波带状介质天线的剖面图；

图3是本发明实施例一提供的小型化滤波带状介质天线的仿真匹配和增益曲线图；

图4是本发明实施例一提供的小型化滤波带状介质天线仿真的E面辐射方向图；

图5是本发明实施例一提供的小型化滤波带状介质天线仿真的H面辐射方向图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

实施例一

本发明实施例提供了一种小型化滤波带状介质天线，参见图1和图2，包括：带状介质片1、微带线21、半波长微带线2、探针5、介质基板3和金属地4；

所述带状介质片1、所述微带线21和所述半波长微带线2设置在所述介质基板3的一侧，所述金属地4设置在所述介质基板3的另一侧；

所述探针5设置在所述金属地4上，且所述探针5通过所述微带线21与所述半波长微带线2连接，以将信号传输到所述半波长微带线2上；所述半波长微带线2与所述带状介质片1耦合，以将所述信号耦合到所述带状介质片1上，激励出所述带状介质片1上的TM_δ1腔模。

需要说明的是，探针与微带线连接，微带线与半波长微带线连接，半波长微带线与带状介质片耦合，从而将信号通过微带线传输到半波长微带线上，再通过半波长微带线将信号耦合馈电到带状介质片上，激励出带状介质片上的TM_δ1腔模，其中δ表示该模式在介质短边内的电场分布宽度远小于半波长，因此与现有技术中工作于TM₁₁腔模的介质谐振器相比，本实施例的介质尺寸大大减小。

进一步地，如图2所示，所述介质基板3和所述金属地4上设有通孔，所述探针5的一端设置在所述金属地4上，所述探针5的另一端通过所述通孔与所述微带线21连接。

需要说明的是，探针需设置在金属地上，因此一般使探针贯穿金属地和介质基板，实现与微带线的连接。

进一步地，如图1所示，所述带状介质片1和所述半波长微带线2平行设置，以在辐射频带内，所述半波长微带线2的切向辐射分量与所述带状介质片1的切向辐射分量方向相同，使所述带状介质片1和所述半波长微带线2的远场在天线顶点方向上相互叠加，形成辐射频带；在辐射频带高端的边沿频点，所述半波长微带线2的切向辐射分量与所述带状介质片1的切向辐射分量方向相反，使所述带状介质片1和所述半波长微带线2的远场在天线顶点方向上相互抵消，形成辐射零点，从而提高了天线的频率选择性。

进一步地，如图1所示，所述带状介质片1和所述半波长微带线2的尺寸均可调节；

通过调节所述带状介质片的长、宽、高以及所述半波长微带线的长度来调节天线的工作频率。

需要说明的是，带状介质片保持为长条状，使得带状介质片的高阶谐振频点与半波长微带线的高阶工作频点在频域上分隔开，减小相互间耦合，因此能提高天线的带外抑制性能。

另外，带状介质片的长、宽、高以及半波长微带线的长度的改变可以调节天线的工作频率。

进一步地，如图1所示，所述带状介质片1和所述半波长微带线2之间具有间隙；

通过设置所述带状介质片和所述半波长微带线之间间隙的大小来调节天线的工作带宽。

需要说明的是，带状介质片和半波长微带线之间间隙的改变可以调节天线的工作带宽。

在实际应用中，本发明所提供的小型化滤波带状介质天线的介质尺寸仅为0.0008λ₀ ³，远小于现有技术中低介电常数滤波介质天线(HEM介质模)的介质尺寸0.0047λ₀ ³和现有技术中高介电常数滤波介质天线(TM₁₁腔模)的介质尺寸0.014λ₀ ³。

对所述小型化滤波带状介质天线进行仿真，获得天线的仿真匹配响应和辐射响应，如图3所示，可见其工作在4.9GHz，在中心频率处的增益为7.3dBi，10dB匹配带宽为4％。在4.9GHz处的天线方向图如图4和图5所示，可见天线在E面或者H面的交叉极化均小于-25dB。本实施例使用的带状介质片的介电常数为89.5，损耗角为0.0006，使用的介质基板的介电常数为3.38，损耗角为0.0027，高度为0.813mm。

本实施例能够通过半波长微带线给TM_δ1模式带状介质片馈电，实现滤波介质天线，TM_δ1模式在介质短边内的电场分布宽度远小于半波长，从而大大减小天线的介质尺寸，有效解决现有技术中低介电常数滤波介质天线(HEM介质模)及高介电常数滤波介质天线(TM₁₁腔模)介质尺寸较大的问题；半波长微带线与带状介质片平行设置，提高了天线的频率选择性；带状介质片保持为长条状，使带状介质片的高阶谐振频点与半波长微带线的高阶工作频点在频域上分隔开，减小相互间耦合，从而提高天线的带外抑制性能。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种小型化滤波带状介质天线，其特征在于，包括：带状介质片、微带线、半波长微带线、探针、介质基板和金属地；

所述带状介质片、所述微带线和所述半波长微带线设置在所述介质基板的一侧，所述金属地设置在所述介质基板的另一侧；

所述探针设置在所述金属地上，且所述探针通过所述微带线与所述半波长微带线连接，以将信号传输到所述半波长微带线上；所述半波长微带线与所述带状介质片耦合，以将所述信号耦合到所述带状介质片上，激励出所述带状介质片上的TM_δ1腔模。

2.如权利要求1所述的小型化滤波带状介质天线，其特征在于，所述介质基板和所述金属地上设有通孔，所述探针的一端设置在所述金属地上，所述探针的另一端通过所述通孔与所述微带线连接。

3.如权利要求1所述的小型化滤波带状介质天线，其特征在于，所述带状介质片和所述半波长微带线平行设置，以在辐射频带内，所述半波长微带线的切向辐射分量与所述带状介质片的切向辐射分量方向相同，使所述带状介质片和所述半波长微带线的远场在天线顶点方向上相互叠加，形成辐射频带；在辐射频带高端的边沿频点，所述半波长微带线的切向辐射分量与所述带状介质片的切向辐射分量方向相反，使所述带状介质片和所述半波长微带线的远场在天线顶点方向上相互抵消，形成辐射零点。

4.如权利要求1所述的小型化滤波带状介质天线，其特征在于，所述带状介质片和所述半波长微带线的尺寸可调节；

通过调节所述带状介质片的长、宽、高以及所述半波长微带线的长度来调节天线的工作频率。

5.如权利要求1所述的小型化滤波带状介质天线，其特征在于，所述带状介质片和所述半波长微带线之间具有间隙；

通过设置所述带状介质片和所述半波长微带线之间间隙的大小来调节天线的工作带宽。