CN111129731B - 一种新型双端口馈电四频段滤波双工天线 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种新型双端口馈电四频段滤波双工天线包括：辐射层，所述辐射层为开设有U型槽的金属贴片；第一介质基板，所述第一介质基板的上表面为辐射层；金属地板，所述金属地板开设有缝隙；第二介质基板，所述第二介质基板的上表面为金属地板，所述第二介质基板下表面为滤波馈电网络；所述第一介质基板与所述第二介质基板之间设置有空气缝隙。本发明提供的技术方案，有效减少了传统设计中三个元件之间的匹配电路；降低了天线***的复杂程度，使得天线***的尺寸能够进一步缩小，结构变得更紧凑；同时还大幅减小了滤波器、双工器和天线之间的传输损耗。

Description

一种新型双端口馈电四频段滤波双工天线
技术领域
本发明属于无线通信技术领域，尤其涉及一种新型双端口馈电四频段滤波双工天线。
背景技术
在无线通信***中，天线、滤波器和双工器必不可少，但是在传统无线通信***设计中，天线、滤波器和双工器各成一体，由50欧姆传输线连接，上述天线的设计方案，一方面造成了整个***的尺寸很大，另一方面也降低了效率，引起了更多的传输损耗。
发明内容
本发明的目的在于提供一种新型双端口馈电四频段滤波双工天线，结构简单、效率高、成本低廉、带宽宽，非常适合用于卫星定位***。
为实现上述发明目的，本发明是采用的技术方案如下：
本发明提供一种新型双端口馈电四频段滤波双工天线包括：
辐射层，所述辐射层为开设有U型槽的金属贴片；
第一介质基板，所述第一介质基板的上表面为辐射层；
金属地板，所述金属地板开设有缝隙；
第二介质基板，所述第二介质基板的上表面为金属地板，所述第二介质基板下表面为滤波馈电网络；
所述第一介质基板与所述第二介质基板之间设置有空气缝隙。
进一步地，所述金属贴片为矩形，所述U型槽的三条边宽度相等，所述金属贴片位于所述介质基板的中心区域。
进一步地，所述金属地板为正方形，所述金属地板的面积小于所述第二介质基板的面积，所述缝隙为矩形缝隙，所述矩形缝隙包括第一矩形缝隙和第二矩形缝隙，所述第一矩形缝隙长度方向与第二矩形缝隙的长度方向相互垂直。
进一步地，所述第一矩形缝隙与所述第二矩形缝隙不相交，所述第一矩形缝隙的宽度小第二矩形缝隙的宽度，所述第一矩形缝隙的长度小于所述第二矩形缝隙的长度，所述第二矩形缝隙的长度方向与所述U型槽的长边长度方向垂直。
进一步地，所述滤波馈电网络包括依次连接的馈电端口、微带线和枝节加载谐振器。
进一步地，所述馈电端口包括第一馈电端口和第二馈电端口，所述第一馈电端口位于垂直于坐标轴x轴的边上偏离中线的位置，第二馈电端口位于垂直于坐标轴y轴的边上的中线的位置。
进一步地，所述微带线包括第一微带线和第二微带线，所述第一微带线的长度大于所述第二微带线的长度，所述第一微带线的宽度小于所述第二微带线的宽度；枝节加载谐振器包括第一枝节加载谐振器和第二枝节加载谐振器，所述第一枝节加载谐振器的宽度与第二枝节加载谐振器的宽度相同，所述第一枝节加载谐振器和所述第二枝节加载谐振器均为加载开路枝节的枝节加载谐振器，所述第一枝节加载谐振器的长边长度方向与所述第一矩形缝隙的长度方向垂直，所述第二枝节加载谐振器的长边方向与所述第二矩形缝隙的长度方向垂直。
进一步地，所述第一馈电端口与所述第一微带线连接，所述第一微带线平行耦合所述第一枝节加载谐振器，所述第二馈电端口与所述第二微带线连接，所述第二微带线平行耦合第二枝节加载谐振器。
进一步地，所述第一介质基板和所述第二介质基板的面积相同，所述第一介质基板和所述第二介质基板均为正方形。
进一步地，所述第一介质基板和所述第二介质基板的材料相同，均为FR4介质基板；所述第一介质基板和所述第二介质基板的损耗角正切相同，均为0.02；所述第一介质基板和所述第二介质基板的厚度相同。
由于上述技术方案的运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：
本发明提供的一种新型双端口馈电四频段滤波双工天线，包括：辐射层，所述辐射层为开设有U型槽的金属贴片；第一介质基板，所述第一介质基板的上表面为辐射层；金属地板，所述金属地板开设有缝隙；第二介质基板，所述第二介质基板的上表面为金属地板，所述第二介质基板下表面为滤波馈电网络；所述第一介质基板与所述第二介质基板之间设置有空气缝隙。本发明的技术方案使滤波双工天线的反射系数和增益曲线分别类似于滤波器的回波损耗和***损耗曲线，提高了滤波双工天线的带外抑制性；通过设置馈电端口的位置，提高端口隔离度，将两个滤波天线集成在一起实现同时收发的功能，形成滤波双工天线；本发明提供的技术方案，有效减少了传统设计中三个元件之间的匹配电路；降低了天线***的复杂程度，使得天线***的尺寸能够进一步缩小，结构变得更紧凑；同时还大幅减小了滤波器、双工器和天线之间的传输损耗。
附图说明
图1是本发明实施例提供的新型双端口馈电四频段滤波双工天线的立体结构示意图；
图2是图1中滤波馈电网络的结构示意图；
图3是图1中金属地板的结构示意图；
图4是本发明实施例提供的新型双端口馈电四频段滤波双工天线的S参数曲线示意图；
图5是本发明实施例工作在2.35GHz频点的XOZ面辐射方向示意图；
图6是本发明实施例工作在2.35GHz频点的YOZ面辐射方向示意图；
图7是本发明实施例工作在2.55GHz频点的XOZ面辐射方向示意图；
图8是本发明实施例工作在2.55GHz频点的YOZ面辐射方向示意图；
图9是本发明实施例工作在3.4GHz频点的XOZ面辐射方向示意图；
图10是本发明实施例工作在3.4GHz频点的YOZ面辐射方向示意图；
图11是本发明实施例工作在3.65GHz频点的XOZ面辐射方向示意图；
图12是本发明实施例工作在3.65GHz频点的YOZ面辐射方向示意图。
其中：1-辐射结构；2-第一介质基板；3-金属地板；4-第二介质基板；5-滤波馈电网络；6-第一馈电端口；7-第二馈电端口；8-第一微带线；9-第二微带线；10-第一枝节加载谐振器；11-第二枝节加载谐振器；12-第一微带线第一部分；13-第一微带线侧边；14-第二微带线的第一部分；15-第二微带线侧边；16-第一矩形缝隙；17-第二矩形缝隙。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用来解释本发明，并不用于限定本发明。
在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“水平”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系均为基于附图所示的方位或位置关系，仅仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“安装”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
下面结合附图对本发明技术方案作详细的描述。
如图1所示，本发明实施例提供的新型双端口馈电的四频段滤波双工天线包括：第一介质基板2和第二介质基板4、刻蚀有U形槽的矩形金属贴片1(辐射结构)，刻蚀有第一矩形缝隙16和第二矩形缝隙17的金属地板3、滤波馈电网络5；刻蚀有U形槽的矩形金属贴片1位于第一介质基板2上表面；第二介质基板4位于第一介质基板2下方，两层介质基板中间有一层空气缝隙(图中未示出)；滤波馈电网络5的第一阶谐振器是加载开路枝节的枝节加载谐振器，第二阶谐振器是刻蚀有U形槽的矩形金属贴片1。
本发明实施例提供的新型双端口馈电的四频段滤波双工天线包括：第一介质基板2和第二介质基板4、刻蚀有U形槽的矩形金属贴片，刻蚀有第一矩形缝隙16和第二矩形缝隙17的金属地板3、滤波馈电网络；刻蚀有U形槽的矩形金属贴片1位于第一介质基板22上表面；刻蚀有第一矩形缝隙16和第二矩形缝隙17的金属地板3位于第二介质基板4上表面；滤波馈电网络5位于第二介质基板4下表面；第一矩形缝隙16和第二矩形缝隙17互相垂直，第一馈电端口6和第二馈电端口7所在边互相垂直。
第一馈电端口6将信号通过特性阻抗为50欧姆的第一微带线8输入到第一枝节加载谐振器10上，第一枝节加载谐振器10将信号通过第一矩形缝隙16耦合到刻蚀有U形槽的矩形金属贴片上，形成双频滤波天线；第二馈电端口7将信号通过特性阻抗为50欧姆的第二微带线9输入到第二枝节加载谐振器上，第二枝节加载谐振器11将信号通过第二矩形缝隙17耦合到刻蚀有U形槽的矩形金属贴片上，形成与第一馈电端口6不同频段的双频滤波天线；两个馈电端口所在边垂直，两个矩形缝隙垂直，能够提高两个馈电端口的隔离度。
本发明实施例中，所述刻蚀有U形槽的矩形金属贴片是一个双端口馈电的四频段微带贴片天线，是由两个双频微带贴片集成的，本发明的技术方案并不限于该刻蚀有U形槽的矩形金属贴片，其他任何能够代替第二谐振单元的四频段微带贴片均属于本发明的保护范围。
所述滤波馈电网络5的第一枝节加载谐振器10和第二枝节加载谐振器11，边长均由所需频段决定，并不仅限于特定的长度，其他边长不同的枝节加载谐振器的双端口馈电的四频段滤波双工天线均属于本发明的保护范围。
本发明中第一介质基本2和第二介质基板4均采用相对介电常数为4.4的FR4介质基板，其损耗角正切为0.02，介质基板厚度均为0.8mm，长和宽均为80mm，两层介质基板之间的间距为2mm。刻蚀有U形槽的矩形金属贴片平行于坐标轴x轴的边长为43.5mm，平行于坐标轴y轴的边长为40mm。U形槽平行于坐标轴x轴的边长为4mm，平行于坐标轴y轴的两条边长均为14mm，U形槽三条边宽度均为0.8mm，U形槽的短边的中点与矩形金属贴片平行于x轴的边的距离为21.6mm。
刻蚀有第一矩形缝隙16和第二矩形缝隙17的金属地板3长宽均为80mm。第一矩形缝隙16的长为17.5mm，宽为1.4mm，第一矩形缝隙16中点与金属地板3平行于坐标轴y轴的边的距离为40mm。第二矩形缝隙17的长为18.5mm，宽为1.8mm，第二矩形缝隙17中点与第一矩形缝隙16中点的距离为13.9mm。
第一馈电端口6位于垂直于坐标轴x轴的边上偏离中线的位置，与中线的距离为11mm。第二馈电端口77位于垂直于坐标轴y轴的边上的中线的位置。第一微带线第一部分长12为9.25mm，宽为2.3mm。第二微带线第一部分14长为8.34mm，宽为2.5mm。第一微带线8平行于第一枝节加载谐振器10长边的两个第一微带线侧边13均为6.9mm，宽均为0.6mm，两个第一微带线侧边13与第一枝节加载谐振器10的距离均为0.25mm。第二微带线9平行于第二枝节加载谐振器11长边的两个第二微带线侧边15均为9.5mm，宽均为0.6mm，两个第二微带线侧边15与第二枝节加载谐振器11的距离均为0.36mm。第一枝节加载谐振器10长边为32.7mm，第一开路枝节长度为7mm，宽度均为0.6mm；第二枝节加载谐振器11长边为31mm，第二开路枝节长度为9.8mm，宽度均为0.6mm。
图4为本发明具体实施例的S参数曲线示意图。从图4可以看出，本发明实施例的工作频带(反射系数小于-10dB)：第一馈电端口6馈电产生的两个频段分别为2.32GHz-2.41GHz和2.51GHz-2.64GHz；第二馈电端口馈电产生的两个频段分别为3.32GHz-3.43GHz和3.6GHz-3.77GHz。在整个频段上，两个馈电端口的隔离度均大于33dB。
图5-12分别为本发明实施例工作在2.35GHz、2.55GHz、3.4GHz和3.65GHz的XOZ、YOZ面的辐射方向图。
综上所述，本实施例的优点及积极效果为：使用一个金属贴片设计了新型双端口馈电的四频段滤波双工天线，完成了双工器、滤波器和天线的集成及小型化，可广泛应用于多频段双工通信***，克服了传统设计中尺寸大的缺点，体积小且成本低，而且，其中金属贴片设计简单。本发明是双端口馈电的四频段滤波双工天线，在2.35GHz、2.55GHz、3.4GHz和3.65GHz频段处具有很好的带内选择和带外抑制特性，同时全频段的端口隔离度大于33dB。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则内所做的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种新型双端口馈电四频段滤波双工天线，其特征在于，包括：辐射层，所述辐射层为开设有U型槽的金属贴片；第一介质基板，所述第一介质基板的上表面为辐射层；金属地板，所述金属地板开设有缝隙；第二介质基板，所述第二介质基板的上表面为金属地板，所述第二介质基板下表面为滤波馈电网络；所述第一介质基板与所述第二介质基板之间设置有空气缝隙；所述缝隙为矩形缝隙，所述矩形缝隙包括第一矩形缝隙和第二矩形缝隙，所述第一矩形缝隙长度方向与第二矩形缝隙的长度方向相互垂直；所述滤波馈电网络包括依次连接的馈电端口、微带线和枝节加载谐振器；所述馈电端口包括第一馈电端口和第二馈电端口，所述第一馈电端口位于垂直于坐标轴x轴的边上偏离中线的位置，第二馈电端口位于垂直于坐标轴y轴的边上的中线的位置；所述微带线包括第一微带线和第二微带线，所述第一微带线的长度大于所述第二微带线的长度，所述第一微带线的宽度小于所述第二微带线的宽度；枝节加载谐振器包括第一枝节加载谐振器和第二枝节加载谐振器，所述第一枝节加载谐振器的宽度与第二枝节加载谐振器的宽度相同，所述第一枝节加载谐振器和所述第二枝节加载谐振器均为加载开路枝节的枝节加载谐振器，所述第一枝节加载谐振器的长边长度方向与所述第一矩形缝隙的长度方向垂直，所述第二枝节加载谐权利要求书振器的长边方向与所述第二矩形缝隙的长度方向垂直。
2.如权利要求1所述新型双端口馈电四频段滤波双工天线，其特征在于，所述金属贴片为矩形，所述 U 型槽的三条边宽度相等，所述金属贴片位于所述介质基板的中心区域。
3.如权利要求2所述新型双端口馈电四频段滤波双工天线，其特征在于，所述金属地板为正方形，所述金属地板的面积小于所述第二介质基板的面积。
4.如权利要求3所述新型双端口馈电四频段滤波双工天线，其特征在于，所述第一矩形缝隙与所述第二矩形缝隙不相交，所述第一矩形缝隙的宽度小第二矩形缝隙的宽度，所述第一矩形缝隙的长度小于所述第二矩形缝隙的长度，所述第二矩形缝隙的长度方向与所述U型槽的长边长度方向垂直。
5.如权利要求4所述新型双端口馈电四频段滤波双工天线，其特征在于，所述第一馈电端口与所述第一微带线连接，所述第一微带线平行耦合所述第一枝节加载谐振器，所述第二馈电端口与所述第二微带线连接，所述第二微带线平行耦合第二枝节加载谐振器。
6.如权利要求5所述新型双端口馈电四频段滤波双工天线，其特征在于，所述第一介质基板和所述第二介质基板的面积相同，所述第一介质基板和所述第二介质基板均为正方形。
7.如权利要求6所述新型双端口馈电四频段滤波双工天线，其特征在于，所述第一介质基板和所述第二介质基板的材料相同，均为FR4介质基板；所述第一介质基板和所述第二介质基板的损耗角正权利要求书切相同，均为0.02；所述第一介质基板和所述第二介质基板的厚度相同。
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