CN116345143A - 一种叠层圆极化滤波天线 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种叠层圆极化滤波天线，包括第一介质基板和第二介质基板，第一介质基板上设置第一切角辐射贴片、第一寄生贴片、第二寄生贴片、第三寄生贴片、第四寄生贴片与微带馈线；所述第二介质基板上设置第二切角辐射贴片，第二切角辐射贴片的中心位置处蚀刻十字交叉槽；所述第二介质基板位于第一介质基板的上方，且二者之间夹置泡沫。本发明的天线结构简单，没有额外的滤波电路但实现了很好的滤波效果；本发明中天线的增益曲线具有很好的平整度，因此具有很好的稳定性，且两个辐射零点可调控；本发明的天线轴比带宽相对于已有的无额外滤波电路的圆极化滤波天线结构来说更宽。
Description
技术领域
本发明涉及通信和天线技术领域，尤其是一种叠层圆极化滤波天线。
背景技术
在传统的设计中，射频前端有两个关键组件：滤波器和天线，通常它们需要单独设计，然后通过额外的传输线级联使用以抑制不必要的信号。然而，这些额外线路可能会带来***损耗，降低***性能，同时还会占用电路面积。因此，滤波天线的提出在现代通信工程中具有重大意义。
近年来，滤波天线得到了广泛地研究。尤其是，圆极化滤波天线相较于线极化滤波天线具有更好的抗干扰能力以及更广泛的适用范围而受到越来越多的关注。目前，大多数圆极化滤波天线仍采用圆极化天线与滤波器级联的方式来实现滤波性能。虽然这样可以实现较好的滤波响应，但仍需要额外的滤波结构，因此会导致射频前端的体积增加。此外，由于滤波结构/网络的引入，带来了不可避免的***损耗，进而降低了滤波天线的增益与效率。
寄生元件在通带旁引入辐射零点，抑制近阻带内的辐射，从而实现带通滤波响应。迄今为止，基于这种方法设计的圆极化滤波天线数量很有限，这是因为需要考虑到滤波和圆极化性能时，使用简单的寄生元件相对困难。截止到目前，要设计一款不需要额外的滤波电路或网络，并且结构简单的圆极化滤波天线仍然是一个具有相当大的挑战性。
发明内容
为解决滤波天线尺寸相对大且内部***损耗相对高的缺陷，本发明的目的在于提供一种通带较为平整，具有很好的稳定性，并且未引入额外的滤波电路，天线结构较为简单的叠层圆极化滤波天线。
为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：一种叠层圆极化滤波天线，包括第一介质基板和第二介质基板，第一介质基板上设置第一切角辐射贴片、第一寄生贴片、第二寄生贴片、第三寄生贴片、第四寄生贴片与微带馈线；所述第二介质基板上设置第二切角辐射贴片，第二切角辐射贴片的中心位置处蚀刻十字交叉槽；所述第二介质基板位于第一介质基板的上方，且二者之间夹置泡沫。
所述第一切角辐射贴片的形状为正方形，其左上角和右下角沿Y轴逆时针45°进行切角，所述Y轴为横轴，所述第一切角辐射贴片的左、右两侧分别等间距布置第一寄生贴片和第二寄生贴片，第一寄生贴片和第二寄生贴片的形状相同且均为长条形；所述第一切角辐射贴片向下连接微带馈线，且第一切角辐射贴片与微带馈线一体化设计，微带馈线的左、右两侧分别设置第三寄生贴片和第四寄生贴片，第三寄生贴片和第四寄生贴片的形状相同且均为长条形，第三寄生贴片和第四寄生贴片的长度小于第一寄生贴片和第二寄生贴片的长度。
所述第二切角辐射贴片的形状为正方形，其左上角和右下角沿Y轴逆时针45°进行切角，所述Y轴为横轴，第二切角辐射贴片的尺寸大于第一切角辐射贴片的尺寸。
所述第一介质基板和第二介质基板均采用耐燃材料，等级为FR-4，介电常数为4.4；所述第一介质基板的下板面上设置金属地板，所述金属地板、第一切角辐射贴片、第一寄生贴片、第二寄生贴片、第三寄生贴片、第四寄生贴片、微带馈线、第二切角辐射贴片均采用金属铜。
所述泡沫的介电常数为1.3，泡沫的上端面与第二介质基板的下板面粘贴，泡沫的下端面粘贴在第一介质基板上第一切角辐射贴片的中心位置处。
所述第一切角辐射贴片、泡沫、第二介质基板与第二切角辐射贴片四者的中心重合。
由上述技术方案可知，本发明的有益效果为：第一，本发明的天线结构简单，没有额外的滤波电路但实现了很好的滤波效果；第二，本发明中天线的增益曲线具有很好的平整度，因此具有很好的稳定性，且两个辐射零点可调控；第三，本发明的天线轴比带宽相对于已有的无额外滤波电路的圆极化滤波天线结构来说更宽。
附图说明
图1是本发明的主视图；
图2是本发明的俯视图；
图3是本发明中第一介质基板及其上贴片的结构示意图；
图4是本发明中第二介质基板及其上贴片的结构示意图；
图5是本发明的回波损耗图；
图6是本发明的轴比参数图；
图7是本发明的辐射增益图；
图8是本发明工作在频率为2.29GHZ的xoz面辐射方向图；
图9是本发明工作在频率为2.29GHZ的yoz面辐射方向图；
图10是本发明工作在频率为2.45GHZ的xoz面辐射方向图；
图11是本发明工作在频率为2.45GHZ的yoz面辐射方向图。
具体实施方式
如图1、2所示，一种叠层圆极化滤波天线，包括第一介质基板1和第二介质基板2，第一介质基板1上设置第一切角辐射贴片3、第一寄生贴片4、第二寄生贴片5、第三寄生贴片6、第四寄生贴片7与微带馈线8；所述第二介质基板2上设置第二切角辐射贴片9，第二切角辐射贴片9的中心位置处蚀刻十字交叉槽10；所述第二介质基板2位于第一介质基板1的上方，且二者之间夹置泡沫11。
如图3所示，所述第一切角辐射贴片3的形状为正方形，其左上角和右下角沿Y轴逆时针45°进行切角，所述Y轴为横轴，所述第一切角辐射贴片3的左、右两侧分别等间距布置第一寄生贴片4和第二寄生贴片5，第一寄生贴片4和第二寄生贴片5的形状相同且均为长条形；所述第一切角辐射贴片3向下连接微带馈线8，且第一切角辐射贴片3与微带馈线8一体化设计，微带馈线8的左、右两侧分别设置第三寄生贴片6和第四寄生贴片7，第三寄生贴片6和第四寄生贴片7的形状相同且均为长条形，第三寄生贴片6和第四寄生贴片7的长度小于第一寄生贴片4和第二寄生贴片5的长度。通过第一寄生贴片4和第二寄生贴片5可使天线在通带左侧引入一个辐射抑制零点，实现天线下阻带的滤波特性；通过第三寄生贴片6和第四寄生贴片7可使天线在通带右侧距通带较远处引入一个辐射抑制零点，进一步提高天线上阻带的滤波特性。
如图4所示，所述第二切角辐射贴片9的形状为正方形，其左上角和右下角沿Y轴逆时针45°进行切角，所述Y轴为横轴，第二切角辐射贴片9的尺寸大于第一切角辐射贴片3的尺寸。第二切角辐射贴片9的中心位置处蚀刻十字交叉槽10，通过十字交叉槽10，使天线在通带右侧且距通带最近处引入一个辐射抑制零点，同时，十字交叉槽10的引入可以使天线在上阻带形成较好的滤波特性。
所述第一介质基板1和第二介质基板2均采用耐燃材料，等级为FR-4，介电常数为4.4；所述第一介质基板1的下板面上设置金属地板12，所述金属地板12、第一切角辐射贴片3、第一寄生贴片4、第二寄生贴片5、第三寄生贴片6、第四寄生贴片7、微带馈线8、第二切角辐射贴片9均采用金属铜。
所述泡沫11的介电常数为1.3，泡沫11的上端面与第二介质基板2的下板面粘贴，泡沫11的下端面粘贴在第一介质基板1上第一切角辐射贴片3的中心位置处。所述第一切角辐射贴片3、泡沫11、第二介质基板2与第二切角辐射贴片9四者的中心重合。
在本发明中，对第一切角辐射贴片3和第二切角辐射贴片9采取切角设计，矩形微带天线中最基本的模式为TM10和TM01模式，这是一对正交的简并模式，通过对矩形贴片进行沿Y轴逆时针45°切角设计，从而引入切角微扰结构，并通过调整馈电点的位置可使两个简并模的谐振频率产生分离，从而使一个模式的等效阻抗相位超前45°，而另外一个阻抗相位滞后45°，并在空间和时间上实现两个正交的模式，同时在远场区形成圆极化辐射波。
图5为本发明的回波损耗图，相对带宽为17.88％(2.19-2.62GHz)；
图6为本发明的轴比参数图，轴比带宽为10.17％(2.24-2.48GHz)；
图7为本发明的辐射增益图，峰值增益约为6.92dBi；
图8是本发明工作在频率为2.29GHZ的xoz面主极化与交叉极化归一化方向图，归一化交叉极化最低可达-44.93dB；
图9是本发明工作在频率为2.29GHZ的yoz面主极化与交叉极化归一化方向图，归一化交叉极化最低可达-51.93dB；
图10是本发明工作在频率为2.45GHZ的xoz面主极化与交叉极化归一化方向图，归一化交叉极化最低可达-31.11dB；
图11是本发明工作在频率为2.45GHZ的yoz面主极化与交叉极化归一化方向图，归一化交叉极化最低可达-39.55dB。
综上所述，本发明的天线结构简单，没有额外的滤波电路但实现了很好的滤波效果；本发明中天线的增益曲线具有很好的平整度，因此具有很好的稳定性，且两个辐射零点可调控；本发明的天线轴比带宽相对于已有的无额外滤波电路的圆极化滤波天线结构来说更宽。
Claims (6)
1.一种叠层圆极化滤波天线，其特征在于：包括第一介质基板(1)和第二介质基板(2)，第一介质基板(1)上设置第一切角辐射贴片(3)、第一寄生贴片(4)、第二寄生贴片(5)、第三寄生贴片(6)、第四寄生贴片(7)与微带馈线(8)；所述第二介质基板(2)上设置第二切角辐射贴片(9)，第二切角辐射贴片(9)的中心位置处蚀刻十字交叉槽(10)；所述第二介质基板(2)位于第一介质基板(1)的上方，且二者之间夹置泡沫(11)。
2.根据权利要求1所述的叠层圆极化滤波天线，其特征在于：所述第一切角辐射贴片(3)的形状为正方形，其左上角和右下角沿Y轴逆时针45°进行切角，所述Y轴为横轴，所述第一切角辐射贴片(3)的左、右两侧分别等间距布置第一寄生贴片(4)和第二寄生贴片(5)，第一寄生贴片(4)和第二寄生贴片(5)的形状相同且均为长条形；所述第一切角辐射贴片(3)向下连接微带馈线(8)，且第一切角辐射贴片(3)与微带馈线(8)一体化设计，微带馈线(8)的左、右两侧分别设置第三寄生贴片(6)和第四寄生贴片(7)，第三寄生贴片(6)和第四寄生贴片(7)的形状相同且均为长条形，第三寄生贴片(6)和第四寄生贴片(7)的长度小于第一寄生贴片(4)和第二寄生贴片(5)的长度。
3.根据权利要求1所述的叠层圆极化滤波天线，其特征在于：所述第二切角辐射贴片(9)的形状为正方形，其左上角和右下角沿Y轴逆时针45°进行切角，所述Y轴为横轴，第二切角辐射贴片(9)的尺寸大于第一切角辐射贴片(3)的尺寸。
4.根据权利要求1所述的叠层圆极化滤波天线，其特征在于：所述第一介质基板(1)和第二介质基板(2)均采用耐燃材料，等级为FR-4，介电常数为4.4；所述第一介质基板(1)的下板面上设置金属地板(12)，所述金属地板(12)、第一切角辐射贴片(3)、第一寄生贴片(4)、第二寄生贴片(5)、第三寄生贴片(6)、第四寄生贴片(7)、微带馈线(8)、第二切角辐射贴片(9)均采用金属铜。
5.根据权利要求1所述的叠层圆极化滤波天线，其特征在于：所述泡沫(11)的介电常数为1.3，泡沫(11)的上端面与第二介质基板(2)的下板面粘贴，泡沫(11)的下端面粘贴在第一介质基板(1)上第一切角辐射贴片(3)的中心位置处。
6.根据权利要求1所述的叠层圆极化滤波天线，其特征在于：所述第一切角辐射贴片(3)、泡沫(11)、第二介质基板(2)与第二切角辐射贴片(9)四者的中心重合。
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| CN202310343213.3A CN116345143A (zh) | 2023-03-31 | 2023-03-31 | 一种叠层圆极化滤波天线 |
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| CN (1) | CN116345143A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117543214A (zh) * | 2023-12-07 | 2024-02-09 | 中山大学 | 一种零点和极点同时可调谐的宽带滤波天线及滤波方法 |
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2023
- 2023-03-31 CN CN202310343213.3A patent/CN116345143A/zh active Pending
Cited By (1)
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| CN117543214A (zh) * | 2023-12-07 | 2024-02-09 | 中山大学 | 一种零点和极点同时可调谐的宽带滤波天线及滤波方法 |
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