CN112490657B - 一种具有吸收性辐射零点的双波束宽带滤波天线 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种具有吸收性辐射零点的双波束宽带滤波天线，通过设置的两对短路金属贴片与辐射贴片、***地板之间形成了LC谐振电路，工作带宽上边缘频率和下边缘频率的辐射能量可以在设置的LC谐振电路内进行存储，使得滤波天线工作带宽的边缘频率上的辐射能量极大程度地被抑制辐射和抑制反射回滤波天线的馈电端口，产生工作带宽上、下边缘的吸收性辐射零点，得到良好的滤波频率选择特性，同时避免了破坏连接于天线后端的射频设备性能的稳定性。通过两个T型金属带与辐射贴片短路连接，可以改变辐射贴片上的电流分布，使得两个带内的谐振频率点上的电流分布趋于一致，从而有利于在更宽的工作频带内实现稳定的双波束辐射特性。

Description

一种具有吸收性辐射零点的双波束宽带滤波天线
技术领域
本申请涉及通信天线技术领域，尤其涉及一种具有吸收性辐射零点的双波束宽带滤波天线。
背景技术
在无线通信***中，天线与带通滤波器是两个关键器件，这也就决定了它们性能的优劣影响整个无线通信***的可通讯能力。
如今，随着无线通信设备多样性和个性特色的发展，尤其在便捷性能方面的发展，促进了天线和滤波器更加趋于小型和集成设计。由此，出现了将天线与滤波器集成设计成滤波天线，不仅省去传统设计中匹配电路部分，减小***尺寸，同时，滤波天线还具有天线辐射特性与通带滤波器的高带外抑制能力，从总体上提高了无线通信***的性能。另一方面，双波束天线的兼备辐射覆盖面积比较大和能量相对集中的优点，特别适合应用于需要信号覆盖面积大的应用场所中提高数据的稳定性和传输速率、降低能量损耗。但是，现有的双波束天线的带宽比较窄，有待于进一步拓宽其带宽。
目前，有两种滤波天线设计方法。第一种设计方法为综合设计方法，即聚焦于带通滤波器设计，以天线辐射单元取代滤波器最后一级谐振单元，但是，存在较大的***损耗，而且滤波天线的尺寸也比较大。第二种方法为融合设计方法，即聚焦于天线设计，无需额外滤波电路，可避免***损耗，有利于实现天线小尺寸，从而可以克服综合设计方法所带来的缺陷。同时，基于融合设计方法的天线绝大部分是通过使天线带外阻抗匹配急剧失配，将大部分的能量波反射回信号输入端口，有效地抑制带外辐射和实现发射性的辐射零点，从而实现滤波天线的滤波性能。然而，基于融合设计方法的滤波天线，在没有引入额外滤波器或者带外耗能电阻的前提下，无法实现无反射的或反射能量小的吸收性滤波性能，使得带外反射波会降低连接于天线后端的射频设备(如接收/发射机等)的稳定性，导致***性能被损坏。
专利号为201810534584.9的中国发明专利公开了一种具有全向辐射的双频贴片天线，其公开的微带贴片天线具有全向辐射，双频的特性，且频带较宽，其低剖面和结构简单，但是，该微带贴片天线为反射性滤波，会影响到连接于天线后端的射频设备性能的稳定性，损坏***性能。
专利号为ZL201720613757.7的中国实用新型专利公开了一种新型双波束定向辐射MIMO贴片天线及其终端，其公开了一款利用金属带和贴片缝隙实现宽频工作带宽和滤波性能较好的双波束贴片天线，同时，以该双波束贴片天线构成了四单元的MIMO贴片天线。但是，该双波束贴片天线为反射性滤波，也会影响到连接于天线后端的射频设备性能的稳定性，损坏***性能。
发明内容
本申请提供了一种具有吸收性辐射零点的双波束宽带滤波天线，用于解决现有滤波天线影响连接于天线后端的射频设备性能的稳定性、能量损耗较高且工作带宽较窄的技术问题。
有鉴于此，本申请提供了一种具有吸收性辐射零点的双波束宽带滤波天线，包括：第一基板、第二基板、***地板、辐射贴片、第一短路金属贴片、第二短路金属贴片、第三短路金属贴片、第四短路金属贴片、第一T型金属带、第二T型金属带；
所述***地板印制于所述第一基板的底面，所述第二基板设于所述第一基板的顶面上；
所述辐射贴片印制于所述第二基板的顶面，所述辐射贴片设有馈电探头；
所述第一短路金属贴片和所述第二短路金属贴片以所述第二基板的第一中心轴线对称印制于所述第二基板的顶面，所述第三短路金属贴片和第四短路金属贴片以所述第二基板的第一中心轴线对称印制于所述第二基板的顶面，且所述第一短路金属贴片、所述第二短路金属贴片、所述第三短路金属贴片和所述第四短路金属贴片均与所述辐射贴片耦合连接，所述第三短路金属贴片和所述第四短路金属贴片的尺寸均小于所述第一短路金属贴片和所述第二短路金属贴片的尺寸，所述第一短路金属贴片、所述第二短路金属贴片、所述第三短路金属贴片和所述第四短路金属贴片均通过第一金属销钉与所述***地板短路连接；
所述第一T型金属带和所述第二T型金属带以所述第二基板的第二中心轴线对称印制于所述第二基板的顶面，所述第一T型金属带和所述第二T型金属带均通过第二金属销钉与所述辐射贴片短路连接。
优选地，所述辐射贴片部分印制于所述第二基板的底面的中心区域。
优选地，所述辐射贴片包括第一辐射贴片、第二辐射贴片和第三辐射贴片，所述第一辐射贴片和所述第二辐射贴片间隔设置从而形成间隔区域，所述第一辐射贴片和所述第二辐射贴片通过所述第三辐射贴片连接构成“工”字型结构，所述第一短路金属贴片、所述第二短路金属贴片、所述第三短路金属贴片和所述第四短路金属贴片均设于所述间隔区域内。
优选地，所述第一短路金属贴片和所述第二短路金属贴片相对所述第三短路金属贴片和所述第四短路金属贴片均靠近于所述第二基板的第一中心轴线设置。
优选地，所述馈电探头设于所述辐射贴片的中心处。
优选地，所述第一T型金属带和所述第二T型金属带均设于所述辐射贴片的下方。
优选地，所述第一金属销钉具体为四个。
优选地，所述第二金属销钉具体为两个。
优选地，所述第一中心轴线与所述第二中心轴线相互正交设置。
优选地，所述辐射贴片、所述第一短路金属贴片、所述第二短路金属贴片、所述第三短路金属贴片和所述第四短路金属贴片的形状具体为圆形、矩形、棱形或不规则形状。
从以上技术方案可以看出，本申请实施例具有以下优点：
本申请实施例提供的一种具有吸收性辐射零点的双波束宽带滤波天线，通过设置的两对短路金属贴片与辐射贴片、***地板之间形成了LC谐振电路，工作带宽上边缘频率和下边缘频率的辐射能量可以在设置的LC谐振电路内进行存储，使得滤波天线工作带宽的边缘频率上的辐射能量极大程度地被抑制辐射和抑制反射回滤波天线的馈电端口，产生工作带宽上、下边缘的吸收性辐射零点，使得滤波天线具有良好的带边翻滚率，得到良好的滤波频率选择特性，同时避免了破坏连接于天线后端的射频设备性能的稳定性。通过两个T型金属带与辐射贴片短路连接，可以改变辐射贴片上的电流分布，使得两个带内的谐振频率点上的电流分布趋于一致，从而有利于在更宽的工作频带内实现稳定的双波束辐射特性，同时，T型金属与辐射贴片之间所形成的电容，使得滤波天线的带外阻抗匹配急剧变差，带外能量被反射回馈电端口，产生四个带外反射型辐射零点，有效地抑制了带外的干扰性辐射。
附图说明
图1为本申请实施例提供的一种具有吸收性辐射零点的双波束宽带滤波天线的立体结构示意图；
图2为本申请实施例提供的一种具有吸收性辐射零点的双波束宽带滤波天线的侧视结构示意图；
图3为本申请实施例提供的一种具有吸收性辐射零点的双波束宽带滤波天线的俯视结构示意图；
图4为本申请实施例提供的一种具有吸收性辐射零点的双波束宽带滤波天线的反射系数S11和增益随着的频率响应的电磁仿真曲线图；
图5为本申请实施例提供的一种具有吸收性辐射零点的双波束宽带滤波天线的辐射效率随着频率的响应的电磁仿真曲线图；
图6为本申请实施例提供的一种具有吸收性辐射零点的双波束宽带滤波天线在其两个辐射谐振点频率上的二维辐射方向图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
为了便于理解，请参阅图1～3，本申请提供的一种具有吸收性辐射零点的双波束宽带滤波天线，包括：第一基板10、第二基板20、***地板11、辐射贴片21、第一短路金属贴片31、第二短路金属贴片32、第三短路金属贴片41、第四短路金属贴片42、第一T型金属带51、第二T型金属带52；
***地板11印制于第一基板10的底面，第二基板20设于第一基板10的顶面上；
可以理解的是，第一基板10的底面与顶面是相对背向设置的。
辐射贴片21印制于第二基板20的顶面，辐射贴片21设有馈电探头22；
第一短路金属贴片31和第二短路金属贴片32以第二基板20的第一中心轴线对称印制于第二基板20的顶面，第三短路金属贴片41和第四短路金属贴片42以第二基板20的第一中心轴线对称印制于第二基板20的顶面，且第一短路金属贴片31、第二短路金属贴片32、第三短路金属贴片41和第四短路金属贴片42均与辐射贴片21耦合连接，第三短路金属贴片41和第四短路金属贴片42的尺寸均小于第一短路金属贴片31和第二短路金属贴片32的尺寸，第一短路金属贴片31、第二短路金属贴片32、第三短路金属贴片41和第四短路金属贴片42均通过第一金属销钉61、62、63、64与***地板11短路连接；
需要说明的是，第一金属销钉61、62、63、64具体为四个，即第一短路金属贴片31、第二短路金属贴片32、第三短路金属贴片41和第四短路金属贴片42分别通过各自对应的第一金属销钉与***地板11短路连接。
同时，第一短路金属贴片31、第二短路金属贴片32、第三短路金属贴片41和第四短路金属贴片42均与辐射贴片21不重合设置。
第一T型金属带51和第二T型金属带52以第二基板20的第二中心轴线对称印制于第二基板20的底面，第一T型金属带51和第二T型金属带52均通过第二金属销钉71、72与辐射贴片21短路连接。
需要说明的是，第二金属销钉71、72具体为两个，即第一T型金属带51和第二T型金属带52分别通过各自对应的第二金属销钉与辐射贴片21短路连接。
另外，在一个示例中，第一中心轴线与第二中心轴线相互正交设置。
进一步地，辐射贴片21部分印制于第二基板20的顶面的中心区域。
进一步地，辐射贴片21包括第一辐射贴片211、第二辐射贴片212和第三辐射贴片213，第一辐射贴片211和第二辐射贴片212间隔设置从而形成间隔区域，第一辐射贴片211和第二辐射贴片212通过第三辐射贴片213连接构成“工”字型结构，第一短路金属贴片31、第二短路金属贴片32、第三短路金属贴片41和第四短路金属贴片42均设于间隔区域内。
需要说明的是，第一辐射贴片211和第二辐射贴片212通过第三辐射贴片213连接后一体成型。
进一步地，第一短路金属贴片31和第二短路金属贴片32相对第三短路金属贴片41和第四短路金属贴片42均靠近于第二基板20的第一中心轴线设置。
进一步地，馈电探头22设于辐射贴片21的中心处。
进一步地，第一T型金属带51和第二T型金属带52均设于辐射贴片21的下方。
进一步地，辐射贴片21、第一短路金属贴片31、第二短路金属贴片32、第三短路金属贴片41和第四短路金属贴片42的形状具体为圆形、矩形、棱形或不规则形状。
需要说明的是，本实施例的工作原理为：
馈电探头22接收电路馈电信号后，可以直接传送至辐射贴片21产生辐射能量，在上、下工作频带边缘时，由于辐射贴片21分别与第一短路金属贴片31、第二短路金属贴片32、第三短路金属贴片41和第四短路金属贴片42耦合连接，使得可以将能量从辐射贴片21分别耦合至上述短路金属贴片中，由于第一短路金属贴片31、第二短路金属贴片32、第三短路金属贴片41和第四短路金属贴片42均通过第一金属销钉与***地板11短路连接，因此，形成LC谐振电路，能量可以被分别存储至四个短路金属贴片产生的寄生电感和电容中，使得能量既不能有效辐射出去，入射端口的反射能量也被抑制，由于第一短路金属贴片31和第二短路金属贴片32的尺寸相对较大，从而可以产生下工作频带边缘的吸收性辐射零点；第三短路金属贴片41和第四短路金属贴片42的尺寸相对较小，从而可以产生上工作频带边缘的吸收性辐射零点，使得滤波天线获得良好的带边滚降率，从而提高滤波天线的滤波能力以及连接于天线后端的射频设备性能的稳定性。
同时，在工作频带内，通过在辐射贴片21下方引入一对T型金属带，该对T型金属带与辐射贴片21短路连接，可以改变辐射贴片21上的电流分布，使得两个带内的谐振频率点上的电流分布趋于一致，从而有利于在宽频工作频带内实现稳定的双波束辐射特性。
而由于在辐射贴片21下方引入一对T型金属带，T型金属与辐射贴片之间所形成的电容，使得滤波天线的带外阻抗匹配急剧变差，带外能量被反射回馈电端口，产生四个带外反射型辐射零点，有效地抑制了带外的干扰性辐射使得滤波天线具有良好的带外辐射抑制，得到良好的滤波特性。
为了方便理解，请参考图4～图6的电磁仿真曲线图。
其中，图4为本实施例中的滤波天线的反射系数S11随着的频率响应的电磁仿真曲线及该天线在(Phi＝90°，Theta＝40°)和(Phi＝90°，Theta＝-40°)两个方向上的增益随着频率的响应的电磁仿真曲线。如图4所示，在工作频带内，滤波天线分别在(Phi＝0°，Theta＝40°)和(Phi＝0°，Theta＝-40°)两个方向上的增益基本保持在7dBi，滤波天线增益非常平稳，这证明在滤波天线带内实现了稳定的双波束辐射特性。
同时，滤波天线增益在上、下工作频带边缘急剧下降形成两个辐射零点，证明绝大部分的辐射能量没有被辐射出去，获得了良好的带边滚降率，从而提高滤波天线的频率选择性，具有良好滤波能力。
另外，如图4所示，上述上、下工作频带边缘形成的两个辐射零点的频率对应的反射系数S11保持小于-10dB，证明绝大部分的天线能量也没有被反射回输入端口。因此，可以说明在滤波天线产生的是吸收性辐射零点，可以抑制反射波对接在天线后端的射频设备(如接收/发射机等)性能的损害。同时，在辐射贴片21与***地板11之间引入一对T型金属带，在保持带外反射系数S11趋于0dB的前提下，上、下阻带形成的两个反射型辐射零点能够有效地抑制带外辐射，从而获得了良好的滤波性能。
其中，图5为本实施例中的滤波天线的辐射效率随着频率的响应的电磁仿真曲线。如图5所示，在滤波天线工作频带的上、下截止频率附近，滤波天线的辐射效率急剧下降，证明本实施例中的滤波天线不仅仅是在(Phi＝0°，Theta＝40°)和(Phi＝0°，Theta＝-40°)两个方向上获得滤波性能，而是在360°全向范围内都获得良好的带外辐射抑制，具有良好的滤波性能。
其中，图6为本实施例中的滤波天线在其两个辐射谐振点频率上的二维辐射方向图。如图6所示，在两个带内谐振频率点上，滤波天线具有良好的双波束辐射性能，而且，滤波天线的交叉极化小于35dBi，交叉极化比良好。由此可以说明，在辐射贴片21与***地板11之间引入的一对T型金属带能够有效地改变电流的分布，使得两个带内谐振频率点上的电流分布趋于一致，似于纯TM02模电流分布，从而有利于在宽频工作频带内实现稳定的双波束辐射特性。
本发明与传统的滤波天线相比提出了一种具有吸收性辐射零点的双波束宽带滤波天线，通过设置的两对短路金属贴片与辐射贴片、***地板之间形成了LC谐振电路，工作带宽上边缘频率和下边缘频率的辐射能量可以在设置的LC谐振电路内进行存储，使得滤波天线工作带宽的边缘频率上的辐射能量极大程度地被抑制辐射和抑制反射回滤波天线的馈电端口，产生工作带宽上、下边缘的吸收性辐射零点，使得滤波天线具有良好的带边翻滚率，得到良好的滤波频率选择特性，同时避免了破坏连接于天线后端的射频设备性能的稳定性。通过两个T型金属带与辐射贴片短路连接，可以改变辐射贴片上的电流分布，使得两个带内的谐振频率点上的电流分布趋于一致，从而有利于在更宽的工作频带内实现稳定的双波束辐射特性，同时，T型金属与辐射贴片之间所形成的电容，使得滤波天线的带外阻抗匹配急剧变差，带外能量被反射回馈电端口，产生四个带外反射型辐射零点，有效地抑制了带外的干扰性辐射。
以上所述实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种具有吸收性辐射零点的双波束宽带滤波天线，其特征在于，包括：第一基板、第二基板、***地板、辐射贴片、第一短路金属贴片、第二短路金属贴片、第三短路金属贴片、第四短路金属贴片、第一T型金属带、第二T型金属带；
所述***地板印制于所述第一基板的底面，所述第二基板设于所述第一基板的顶面上；
所述辐射贴片印制于所述第二基板的顶面，所述辐射贴片设有馈电探头；
所述辐射贴片部分印制于所述第二基板的顶面的中心区域；
所述第一短路金属贴片和所述第二短路金属贴片以所述第二基板的第一中心轴线对称印制于所述第二基板的顶面，所述第三短路金属贴片和第四短路金属贴片以所述第二基板的第一中心轴线对称印制于所述第二基板的顶面，且所述第一短路金属贴片、所述第二短路金属贴片、所述第三短路金属贴片和所述第四短路金属贴片均与所述辐射贴片耦合连接，所述第三短路金属贴片和所述第四短路金属贴片的尺寸均小于所述第一短路金属贴片和所述第二短路金属贴片的尺寸，所述第一短路金属贴片、所述第二短路金属贴片、所述第三短路金属贴片和所述第四短路金属贴片均通过第一金属销钉与所述***地板短路连接；
所述第一T型金属带和所述第二T型金属带以所述第二基板的第二中心轴线对称印制于所述第二基板的底面，所述第一T型金属带和所述第二T型金属带均通过第二金属销钉与所述辐射贴片短路连接；
所述辐射贴片包括第一辐射贴片、第二辐射贴片和第三辐射贴片，所述第一辐射贴片和所述第二辐射贴片间隔设置从而形成间隔区域，所述第一辐射贴片和所述第二辐射贴片通过所述第三辐射贴片连接构成“工”字型结构，所述第一短路金属贴片、所述第二短路金属贴片、所述第三短路金属贴片和所述第四短路金属贴片均设于所述间隔区域内。
2.根据权利要求1所述的具有吸收性辐射零点的双波束宽带滤波天线，其特征在于，所述第一短路金属贴片和所述第二短路金属贴片相对所述第三短路金属贴片和所述第四短路金属贴片均靠近于所述第二基板的第一中心轴线设置。
3.根据权利要求1所述的具有吸收性辐射零点的双波束宽带滤波天线，其特征在于，所述馈电探头设于所述辐射贴片的中心处。
4.根据权利要求1所述的具有吸收性辐射零点的双波束宽带滤波天线，其特征在于，所述第一T型金属带和所述第二T型金属带均设于所述辐射贴片的下方。
5.根据权利要求1所述的具有吸收性辐射零点的双波束宽带滤波天线，其特征在于，所述第一金属销钉具体为四个。
6.根据权利要求1所述的具有吸收性辐射零点的双波束宽带滤波天线，其特征在于，所述第二金属销钉具体为两个。
7.根据权利要求1所述的具有吸收性辐射零点的双波束宽带滤波天线，其特征在于，所述第一中心轴线与所述第二中心轴线相互正交设置。
8.根据权利要求1所述的具有吸收性辐射零点的双波束宽带滤波天线，其特征在于，所述辐射贴片、所述第一短路金属贴片、所述第二短路金属贴片、所述第三短路金属贴片和所述第四短路金属贴片的形状具体为圆形、矩形或不规则形状。
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