CN112510339B - 一种高选择性增益的双极化滤波贴片天线 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高选择性增益的双极化滤波贴片天线，包括从下至上依次设置的金属反射地板、第一介质基板、第二介质基板以及第一金属柱、第二金属柱、第一金属馈电片和第二金属馈电片；金属反射地板和第一介质基板、第一介质基板和第二介质基板之间保持预设的间距，形成空气层，金属反射地板上开有两个输入通孔，金属馈电片分别通过金属柱与输入通孔连接，金属柱与输入通孔构成输入端口，第一介质基板上设有第一矩形贴片，第一矩形贴片上设有从其四角向中心延伸且互不相交的四条槽线，第二介质基板上设有第二矩形贴片，第二矩形贴片的中心设有十字形槽线；本发明具备阻抗匹配特性，应用矩形贴片引入辐射零点，从而保留双极化结构同时实现滤波性能。

Description

一种高选择性增益的双极化滤波贴片天线
技术领域
本发明涉及通讯天线的技术领域，尤其是指一种高选择性增益的双极化滤波贴片天线。
背景技术
随着现代通信***的飞速发展，对于通信***内部的各个组件的性能要求越来越严格。满足高性能组件要求的解决方法之一是使用多功能器件，因为它可以缩小电路尺寸和提高***性能，例如同时实现了滤波与辐射特性的滤波天线。此外，双极化是基站天线的重要性能指标，因此双极化滤波天线必将拥有大量的需求。对于滤波天线的设计，很多学者进行了大量的研究与探索，提出了许多设计的方法，然而有些方法会影响天线的增益和辐射效率，或者难以实现双极化。
对现有的滤波天线设计方法进行调查了解，具体如下：
Shyh-Jong Chung教授与其研究生使用U型贴片来代替滤波器的最后一阶谐振器，以实现具有准椭圆特性的天线辐射响应。
章秀银教授等人通过利用堆叠贴片、U型槽和短路柱等方法在天线工作频带附近引入辐射零点，获得具有良好滤波性能的滤波天线。
总的来说，现有的滤波天线设计工作中，主要方法是通过将天线与滤波电路级联起来，这样需要额外的阻抗变换电路或者优化谐振器与天线之间的阻抗特性以实现匹配；或是通过在通带附近引入辐射零点以实现滤波性能，但这样会使双极化结构不易于实现。因此，设计一款具有高选择性增益的双极化滤波天线具有重要意义。
发明内容
本发明目的在于为解决现有技术中的不足，提供了一种高选择性增益的双极化滤波贴片天线，具备阻抗匹配特性，在保留双极化结构的同时能够引入辐射零点实现滤波性能，整个天线结构简单且加工方便。
为实现上述目的，本发明所提供的技术方案为：一种高选择性增益的双极化滤波贴片天线，包括从下至上依次设置的金属反射地板、第一介质基板、第二介质基板以及第一金属柱、第二金属柱、第一金属馈电片和第二金属馈电片；所述金属反射地板和第一介质基板之间保持预设的间距，形成第一空气层；所述第一介质基板的上表面设有第一覆铜层，所述第一覆铜层设有第一矩形贴片，该第一矩形贴片作为主要辐射源；所述第一介质基板和第二介质基板之间保持预设的间距，形成第二空气层；所述第二介质基板的上表面设有第二覆铜层，所述第二覆铜层设有第二矩形贴片，用于在通带高频或低频处引入辐射零点；所述金属反射地板开有两个输入通孔，为第一输入通孔和第二输入通孔，所述第一金属馈电片通过第一金属柱与第一输入通孔连接，所述第二金属馈电片通过第二金属柱与第二输入通孔连接，其中所述第一输入通孔和第二输入通孔分别与第一金属柱和第二金属柱构成两个输入端口，为第一输入端口和第二输入端口，该两个输入端口能够对第一金属馈电片和第二金属馈电片进行馈电，同时第一金属馈电片和第二金属馈电片将能量耦合到第一矩形贴片上；所述第一矩形贴片上设有从其四角向中心延伸且互不相交的四条槽线，用于增大第一矩形贴片和第二矩形贴片之间的耦合和调整第一矩形贴片的谐振频率；所述第二矩形贴片的中心设有十字形槽线，用于调节第一矩形贴片和第二矩形贴片之间的耦合，从而调节辐射零点的位置。
进一步，所述第一输入端口和第二输入端口为50欧姆的阻抗匹配端口。
进一步，所述第一介质基板和第二介质基板为矩形介质基板。
进一步，所述第一金属馈电片和第二金属馈电片为矩形金属馈电片。
本发明与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：
1、本发明的输入端口设置为阻抗匹配端口，无需引入额外的阻抗变换电路即具备阻抗匹配特性，同时应用介质基板上的矩形贴片引入辐射零点，从而实现保留双极化结构的同时能够实现滤波性能。
2、本发明结构简单、重量轻，同时加工成本低，具有良好的频率选择特性和经济适用性。
附图说明
图1为双极化滤波贴片天线的结构示意图。
图2为双极化滤波贴片天线的结构正视图。
图3为金属反射地板的结构示意图。
图4为第一金属馈电片和第二金属馈电片的结构示意图。
图5为第一介质基板的结构示意图。
图6为第二介质基板的结构示意图。
图7为本发明具有低频高选择性增益时第一输入端口的反射系数S11和增益曲线的仿真结果图。
图8为本发明具有低频高选择性增益时第一输入端口和第二输入端口隔离度的仿真结果图。
图9为本发明具有低频高选择性增益时第一输入端口在1GHz频点下的E面及H面的仿真辐射方向图。
图10为本发明具有高频高选择性增益时第一输入端口的反射系数S11和增益曲线的仿真结果图。
图11为本发明具有高频高选择性增益时第一输入端口和第二输入端口隔离度的仿真结果图。
图12为本发明具有高频高选择性增益时第一输入端口在1GHz频点下的E面及H面的仿真辐射方向图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
参见图1至图6所示，本实施例提供了一种低频高选择性增益的双极化滤波贴片天线，包括从下至上依次设置的金属反射地板1、第一介质基板4、第二介质基板7以及第一金属柱201、第二金属柱202、第一金属馈电片301和第二金属馈电片302；
所述金属反射地板1和第一介质基板4之间保持预设的间距，形成第一空气层10，所述第一介质基板4的上表面设有第一覆铜层5，所述第一覆铜层5设有第一矩形贴片6，该第一矩形贴片6作为主要辐射源，所述第一介质基板4和第二介质基板7之间保持预设的间距，形成第二空气层11，所述第二介质基板7的上表面设有第二覆铜层8，所述第二覆铜层8设有第二矩形贴片9，用于在通带低频处引入辐射零点；所述金属反射地板1开有两个输入通孔，为第一输入通孔101和第二输入通孔102，所述第一金属馈电片301通过第一金属柱201与第一输入通孔101连接，所述第二金属馈电片302通过第二金属柱202与第二输入通孔102连接，其中所述第一输入通孔101和第二输入通孔102分别与第一金属柱201和第二金属柱202构成两个输入端口，为第一输入端口和第二输入端口，该两个输入端口能够对第一金属馈电片301和第二金属馈电片302进行馈电，同时第一金属馈电片301和第二金属馈电片302将能量耦合到第一矩形贴片6上；所述第一矩形贴片6上设有从其四角向中心延伸且互不相交的四条槽线601、602、603、604，用于增大第一矩形贴片6和第二矩形贴片9之间的耦合和调整第一矩形贴片6的谐振频率，所述第二矩形贴片9的中心设有十字形槽线901，主要用于调节第一矩形贴片6和第二矩形贴片9之间的耦合，从而调节辐射零点的位置；
其中，所述第一介质基板4和第二介质基板7均为矩形介质基板，两块介质基板的介电常数均为3.5，损耗角正切为0.0018，厚度均为0.508毫米；所述第一输入端口和第二输入端口均为50欧姆的阻抗匹配端口；所述第一金属柱201和第二金属柱202的高度均为4.5毫米；所述第一空气层10的厚度为5.5毫米，所述第二空气层11的厚度为10毫米；所述第一金属馈电片301和第二金属馈电片302均为矩形金属馈电片，两块金属馈电片的长度为16.5毫米，宽度为10毫米；所述第一矩形贴片6的长度和宽度均为102毫米，所述第一矩形贴片6上的四条槽线601、602、603、604的长度为47毫米，宽度为3毫米；所述第二矩形贴片9的长度和宽度均为106毫米，所述第二矩形贴片9上的十字形槽线901的长度为71.4毫米，宽度为2毫米。
参见图7所示，为本发明具有低频高选择性增益时第一输入端口的反射系数S11和增益曲线的仿真结果。从反射系数S11仿真结果可以看到，反射系数|S11|<-14dB的频率范围超过了0.98GHz-1.02GHz的频率区间；从增益曲线仿真结果图可以看到，在0.98GHz-1.02GHz的频率范围内，增益平坦，保持在9dBi左右；在0.96GHz频点处有一辐射零点，提升了低频带外抑制性能。
参见图8所示，为本发明具有低频高选择性增益时第一输入端口和第二输入端口隔离度的仿真结果。可以看出，在0.98GHz-1.02GHz的频率范围内两个端口的隔离度>20dB。
参见图9所示，为本发明具有低频高选择性增益时第一输入端口在1GHz频点下的E面及H面的仿真辐射方向图。可以看出，本发明的方向图特性良好。
实施例2
与实施例1不同之处在于，本实施例提供了一种高频高选择性增益的双极化滤波贴片天线，其中采用的第一金属柱201和第二金属柱202的高度均为5毫米；第一空气层10的厚度为6毫米，第二空气层11的厚度为8毫米；第一金属馈电片301和第二金属馈电片302均为矩形金属馈电片，两块金属馈电片的长度为17毫米，宽度为8毫米；第一矩形贴片6的长度和宽度均为116毫米；第一矩形贴片6上的四条槽线601、602、603、604的长度为42毫米，宽度为3毫米；第二矩形贴片9的长度和宽度均为114毫米；第二矩形贴片9上的十字形槽线901的长度为57毫米，宽度为2毫米。
参见图10所示，为本发明具有高频高选择性增益时第一输入端口的反射系数S11和增益曲线的仿真结果。从反射系数S11仿真结果可以看到，反射系数|S11|<-14dB的频率范围超过了0.98GHz-1.02GHz的频率区间；从增益曲线仿真结果图可以看到，在0.98GHz-1.02GHz的频率范围内，增益平坦，保持在9dBi左右；在1.046GHz频点处有一辐射零点，提升了高频带外抑制性能。
参见图11所示，为本发明具有高频高选择性增益时第一输入端口和第二输入端口隔离度的仿真结果。可以看出，在0.98GHz-1.02GHz的频率范围内两个端口的隔离度>18dB。
参见图12所示，为本发明具有高频高选择性增益时第一输入端口在1GHz频点下的E面及H面的仿真辐射方向图。可以看出，本发明的方向图特性良好。
以上所述之实施例只为本发明之较佳实施例，并非以此限制本发明的实施范围，故凡依本发明之形状、原理所作的变化，均应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (4)

1.一种高选择性增益的双极化滤波贴片天线，其特征在于：包括从下至上依次设置的金属反射地板（1）、第一介质基板（4）、第二介质基板（7），还包括第一金属柱（201）、第二金属柱（202）、第一金属馈电片（301）和第二金属馈电片（302）；所述金属反射地板（1）和第一介质基板（4）之间保持预设的间距，形成第一空气层（10）；所述第一介质基板（4）的上表面设有第一覆铜层（5），所述第一覆铜层（5）设有第一矩形贴片（6），该第一矩形贴片（6）作为主要辐射源；所述第一介质基板（4）和第二介质基板（7）之间保持预设的间距，形成第二空气层（11）；所述第二介质基板（7）的上表面设有第二覆铜层（8），所述第二覆铜层（8）设有第二矩形贴片（9），用于在通带高频或低频处引入辐射零点；所述金属反射地板（1）开有两个输入通孔，为第一输入通孔（101）和第二输入通孔（102），所述第一金属馈电片（301）通过第一金属柱（201）与第一输入通孔（101）连接，所述第二金属馈电片（302）通过第二金属柱（202）与第二输入通孔（102）连接，其中所述第一输入通孔（101）和第二输入通孔（102）分别与第一金属柱（201）和第二金属柱（202）构成两个输入端口，为第一输入端口和第二输入端口，该两个输入端口能够对第一金属馈电片（301）和第二金属馈电片（302）进行馈电，同时第一金属馈电片（301）和第二金属馈电片（302）将能量耦合到第一矩形贴片（6）上；所述第一矩形贴片（6）上设有从其四角向中心延伸且互不相交的四条槽线，用于增大第一矩形贴片（6）和第二矩形贴片（9）之间的耦合和调整第一矩形贴片（6）的谐振频率；所述第二矩形贴片（9）的中心设有十字形槽线（901），用于调节第一矩形贴片（6）和第二矩形贴片（9）之间的耦合，从而调节辐射零点的位置；所述第一金属柱（201）和第二金属柱（202）的高度小于第一空气层（10）的高度。
2.根据权利要求1所述的一种高选择性增益的双极化滤波贴片天线，其特征在于：所述第一输入端口和第二输入端口为50欧姆的阻抗匹配端口。
3.根据权利要求1所述的一种高选择性增益的双极化滤波贴片天线，其特征在于：所述第一介质基板（4）和第二介质基板（7）为矩形介质基板。
4.根据权利要求1所述的一种高选择性增益的双极化滤波贴片天线，其特征在于：所述第一金属馈电片（301）和第二金属馈电片（302）为矩形金属馈电片。
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