CN113488763B - 一种双频带介质条带滤波天线 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种双频带介质条带滤波天线，包括顶层介质条带结构、上层介质基板、中间层金属结构、下层介质基板以及底层阶跃型馈线结构。其中，顶层介质条带结构由平行且间隔设置的左边介质条带、中间介质条带以及右边介质条带构成，中间层金属结构中央刻蚀有槽。信号通过所述底层阶跃型馈线结构馈入，经过中间层金属结构上的槽耦合到中间介质条带上，激励出TMδ1模或TMδ3模。中间介质条带与左边介质条带以及右边介质条带进行奇模和偶模耦合，实现介质条带滤波天线双频带工作。本发明相比于单频带介质滤波天线更能适应多制式或双频工作***，相比于双频带介质滤波天线，本发明中所有的谐振器均参与辐射，辐射效率高，且辐射体尺寸小。

Description

一种双频带介质条带滤波天线
技术领域
本发明涉及微波通信领域，尤其涉及一种双频带介质条带滤波天线。
背景技术
双频带滤波天线能够同时在两个频带同时实现滤波功能与辐射功能的融合，不仅能够提高***的集成度、降低对***中滤波器的要求、降低相邻频带天线的互耦，而且更能适应多制式***。使用介质实现双频带滤波天线能够有效提高设计自由度、降低导体损耗、提高辐射效率。因此，提出一种双频带介质滤波天线具有重要的研究价值和研究意义。然而，目前报道的介质滤波天线大多是单频带工作，无法满足多制式或多***的需求。双频带介质滤波天线的设计较少，辐射体尺寸较大，且因为存在非辐射谐振器结构，辐射效率较低。
发明内容
发明目的：针对上述现有技术，提出一种双频带介质条带滤波天线，解决现有的双频带介质滤波天线存在非辐射谐振器，辐射效率较低且辐射体尺寸较大的问题。
技术方案：一种双频带介质条带滤波天线，包括依次设置的顶层介质条带结构、上层介质基板、中间层金属结构、下层介质基板以及底层阶跃型馈线结构；其中，所述顶层介质条带结构由平行且间隔设置的左边介质条带、中间介质条带以及右边介质条带构成，所述中间层金属结构中央刻蚀有槽；信号通过所述底层阶跃型馈线结构馈入，经过所述中间层金属结构上的槽耦合到中间介质条带上，激励出TMδ1模或TMδ3模；所述中间介质条带与所述左边介质条带以及右边介质条带进行奇模和偶模耦合，实现介质条带滤波天线双频带工作。
进一步的，通过改变左边介质条带、中间介质条带以及右边介质条带的尺寸来调节天线的工作频率及辐射零点的位置。
进一步的，通过改变左边介质条带、中间介质条带以及右边介质条带之间的间距来调节天线的带宽。
有益效果：本发明基于三条相互平行且均参与辐射的介质条带，仅对中间介质条带进行耦合馈电，然后利用中间介质条带的TMδ1模（TMδ3模）分别与左右两边介质条带谐振器的TMδ1模（TMδ3模）进行奇模和偶模耦合，实现双频带工作的介质条带滤波天线。
本发明的介质天线集合了滤波、双频带等工作特性，相比于单频带介质滤波天线更能适应多制式或双频工作***，相比于双频带介质滤波天线，本发明中所有的谐振器均参与辐射，辐射效率高，且辐射体尺寸小。
附图说明
图1为本发明双频带介质条带滤波天线的剖面结构示意图；
图2为本发明双频带介质条带滤波天线的俯视图；
图3为本发明双频带介质条带滤波天线的***图；
图4为本发明天线的匹配及增益响应图；
图5为本发明天线的效率相应图；
图6为本发明天线的仿真方向图，其中 (a)为7.8 GHz方向图，(b)为 13.7 GHz方向图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做更进一步的解释。
如图1至图3所示，一种双频带介质条带滤波天线，该天线结构整体为对称结构，由从上而下依次设置的顶层介质条带结构1、上层介质基板2、中间层金属结构3、下层介质基板4以及底层阶跃型馈线结构5构成。顶层介质条带结构1和中间层金属结构3分别在上层介质基板2的上表面和下表面，底层阶跃型馈线结构5在下层介质基板4的下表面。其中，顶层介质条带结构1由平行且间隔设置的左边介质条带11、中间介质条带12以及右边介质条带13构成，中间层金属结构3中央刻蚀有槽31。
本发明中，顶层介质条带结构1、上层介质基板2、中间层金属结构3组成介质条带谐振器，作为天线的辐射体，且顶层介质条带结构1的三个介质条带均参与辐射。信号通过底层阶跃型馈线结构5馈入，经过中间层金属结构3上的槽31耦合到中间介质条带12上，激励出TMδ1模或TMδ3模，然后经中间介质条带12耦合到左边介质条带11以及右边介质条带13，分别激励出TMδ1模或TMδ3模。
当中间介质条带12的TMδ1模和左边介质条带11以及右边介质条带13的TMδ1模耦合谐振在偶模时，谐振器两端沿着x方向的电场分布方向相同，在天线的顶点处相互叠加，构成低频辐射频带。当中间介质条带12的TMδ1模和左边介质条带11以及右边介质条带13的TMδ1模耦合谐振在奇模时，谐振器两端沿着x方向的电场分布方向相反，在天线的顶点处相互抵消，因此在低频工作频带的高频侧产生辐射零点。
类似地，当中间介质条带12的TMδ3模和左边介质条带11以及右边介质条带13的TMδ3模耦合谐振在偶模时，谐振器两端沿着x方向的电场分布方向相同，在天线的顶点处相互叠加，产生高频辐射频带。当中间介质条带12的TMδ3模和左边介质条带11以及右边介质条带13的TMδ3模耦合谐振在奇模时，谐振器两端沿着x方向的电场分布方向相反，在天线的顶点处相互抵消，因此在高频工作频带的高频侧产生辐射零点。
通过改变左边介质条带11、中间介质条带12以及右边介质条带13的尺寸来调节天线的工作频率及辐射零点的位置。通过改变左边介质条带11、中间介质条带12以及右边介质条带13之间的间距来调节天线的带宽。
本发明利用三条相互平行且均参与辐射的介质条带，实现了双频带工作的小型化高效率介质条带滤波天线。
本实施例中，天线的辐射体尺寸仅为0.39λ2 0 × 0.07λ0。其匹配、增益及效率响应的仿真结果如图4、图5所示。该实施例的两个工作频带分别覆盖7.3 GHz ~ 8.3 GHz和13.5 GHz ~ 13.9 GHz，相对带宽分别为13%和3%，两个辐射零点分别位于8.6 GHz以及14.1GHz，两个工作频带内的最大增益分别为7.35 dBi和10.3 dBi，两个频带内的最高辐射效率（总效率）分别为94.5%（90.7%）及89.4%（87.5%）。
图6的(a)和图6的(b)分别为天线在7.8 GHz和13.7 GHz处的E面和H面仿真方向图。从图6的(a)中可以看出，在7.8 GHz处，E面和H面的3-dB波束宽度分别为82.5°和72.2°，E面和H面的3-dB波束宽度范围内交叉极化水平分别小于-113 dB和-32.2 dB。从图6的(b)中可以看出，在13.7 GHz处，E面和H面的3-dB波束宽度分别为31.1°和45.5°，E面和H面的3-dB波束宽度范围内交叉极化水平分别小于-117 dB和-34.8 dB。本案例设计采用的基板为RO4003C基板，其介电常数为3.38，损耗角为0.0027，采用的介质条带的介电常数为89.5，损耗角为0.0004。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种双频带介质条带滤波天线，其特征在于，包括依次设置的顶层介质条带结构（1）、上层介质基板（2）、中间层金属结构（3）、下层介质基板（4）以及底层阶跃型馈线结构（5）；其中，所述顶层介质条带结构（1）由平行且间隔设置的左边介质条带（11）、中间介质条带（12）以及右边介质条带（13）构成，所述中间层金属结构（3）中央刻蚀有槽（31）；信号通过所述底层阶跃型馈线结构（5）馈入，经过所述中间层金属结构（3）上的槽（31）耦合到中间介质条带（12）上，激励出TMδ1模或TMδ3模；所述中间介质条带（12）与所述左边介质条带（11）以及右边介质条带（13）进行奇模和偶模耦合，实现介质条带滤波天线双频带工作。
2.根据权利要求1所述的双频带介质条带滤波天线，其特征在于，通过改变左边介质条带（11）、中间介质条带（12）以及右边介质条带（13）的尺寸来调节天线的工作频率及辐射零点的位置。
3.根据权利要求1所述的双频带介质条带滤波天线，其特征在于，通过改变左边介质条带（11）、中间介质条带（12）以及右边介质条带（13）之间的间距来调节天线的带宽。
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