CN117410719A - 一种WiFi滤波天线、阵列及射频通信设备 - Google Patents

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黄秀
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何锋
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Abstract

本发明公开了一种WiFi滤波天线、阵列及射频通信设备，包括由上至下分布的两层介质基板，所述上层介质基板的上表面设有馈电微带线和一组对称布置于馈电微带线两侧的金属寄生贴片，金属寄生贴片通过多对金属柱与金属地连接，所述介质基板的下表面设有对称分布的偶极子贴片，所述偶极子贴片通过接地巴伦与金属地连接，并与馈电结构之间形成耦合，所述下层介质基板的下表面设有金属地，与同轴线外导体连接，所述两层介质基板之间为空气层。本发明通过馈电微带线和金属柱电连接构成三维倒L形馈电结构，拓展带宽，所述的偶极子贴片和寄生金属贴片与馈电线之间形成耦合，具有良好的滤波性能，结构简单又具备较高的天线增益，满足市场应用需求。

Description

一种WiFi滤波天线、阵列及射频通信设备
技术领域
本发明涉及无线通信领域，特别涉及一种WiFi滤波天线、阵列及射频通信设备。
背景技术
近年来，随着现代无线通信的发展，移动通信所需的频段愈来愈多。无线通信***正朝着小型化、集成化、多功能等方向发展。当不同频段天线共存于一个狭小空间时，各天线单元一定会产生相互耦合导致天线的性能恶化，并进一步恶化无线通信***的性能。
为解决此问题，传统的方案是直接将滤波网络与天线级联实现滤波，这种设计方法的缺陷是引入一定的插损并且增大天线的尺寸。面对应用终端领域中产品尺寸受限，通信频段很多的现状，将滤波器和天线融合在一起设计的方法较有优势。滤波天线作为天线和滤波器两种重要元器件的集成，其不仅可以减小***的尺寸，而且能在实现良好辐射特性的基础上提高工作频带的选择性与带外抑制能力。
随着手机、平板电脑等无线通信设备越来越普遍，WiFi天线成为了无线通信设备中的重要一环，其性能对于信号传输的速率和效率都有重大的影响。但是WiFi天线的工作频段与部分移动通信的频段十分接近，如LTE频段，因此经常产生信号干扰的问题。为了抑制WiFi天线与相邻频段的干扰，设计一款具有滤波功能的WiFi天线将会有很好的发展前景。
发明内容
为了克服现有技术的上述缺点与不足，本发明的目的在于提供一种WiFi滤波天线。
本发明的另一目的在于提供一种WiFi滤波天线阵列。
本发明的再一目的在于提供一种射频通信设备。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
一种WiFi滤波天线，包括间隔空气层设置的上层介质板及下层介质板，所述上层介质板的第一面设置馈电微带线和对称布置在馈电微带线两侧的金属寄生贴片，所述第一介质板的第二面设置偶极子贴片，所述第二介质板的第二面设置金属地，所述偶极子贴片通过接地巴伦与金属地连接，所述金属寄生贴片通过金属柱与金属地连接，所述偶极子贴片和寄生金属贴片与馈电微带线之间形成耦合。
进一步，还包括同轴线，所述同轴线的内导体通过金属柱与馈电微带线连接，所述馈电微带线、同轴线内导体及同轴线外导体构成三维倒L形馈电结构。
进一步，所述馈电微带线沿着上层介质板的X轴方向设置，所述金属寄生贴片包括两个，分别为第一金属寄生贴片及第二金属寄生贴片，关于馈电微带线对称设置。
进一步，所述偶极子贴片具体为两个，沿着上层介质板的第二面设置，且关于上层介质板的中心点对称。
进一步，所述偶极子贴片的辐射模式在带内产生第一工作谐振点，耦合激励两侧的金属寄生贴片辐射，引入第二个工作谐振点。
进一步，所述馈电微带线与偶极子贴片的耦合在低频通带外引入串联谐振，则馈电微带线与偶极子贴片之间会产生反相电流，辐射相消产生第一辐射零点。
进一步，所述上层介质板的厚度用于调节馈电微带线和偶极子贴片之间的耦合强度。
进一步，寄生金属贴片的形状用于调节与馈电结构之间的磁耦合强度。
进一步，所述偶极子贴片尺寸大小、间距及其与馈电微带线的间距依据所需的谐振频率决定。所述寄生金属贴片尺寸大小及其与偶极子贴片的间距依据所需的谐振频率决定。
一种由所述的WiFi滤波天线构成的阵列，包括1×2个滤波天线，两个滤波天线工作在不同频段。
与现有技术相比，本发明具有以下优点和有益效果：
1、本发明提出的WiFi滤波天线无需引入额外的滤波电路，天线结构简单，无额外增加天线体积，应用场景多，成本低，具有实际的工程应用价值。
2、本发明提出的WiFi滤波天线通过馈电结构与偶极子的耦合在低频通带外会引入串联谐振，辐射相消产生第一辐射零点以及偶极子贴片与两侧的金属寄生贴片在特定频率会激励起反相电流，此时辐射相消，产生第二辐射零点，从而实现良好的滤波效果。
3、本发明提出的WiFi滤波天线可以在使用单天线的前提下在工作频段达到5dBi以上的增益要求。
4、本发明不仅能有效滤除带内及带外干扰，并在与其他相邻频段的天线组阵的情况下，该天线的回波损耗、效率与单独天线相比变化不大，有良好的辐射性能与异频隔离效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明WiFi滤波天线的立体图。
图2为本发明实施例1的WiFi滤波天线分解结构示意图。
图3为本发明实施例1的WiFi滤波天线主视结构图。
图4是本发明实施例1的WiFi滤波天线馈电结构与寄生贴片结构图。
图5是本发明实施例1的WiFi滤波天线馈电结构与偶极子结构图。
图6是本发明实施例1的WiFi滤波天线的回波损耗仿真结果图。
图7是本发明实施例1的WiFi滤波天线的增益曲线仿真结果图。
图8是本发明实施例1的WiFi滤波天线的效率曲线仿真结果图。
图9为本发明实施例2的WiFi滤波天线阵列主视结构图。
图10是本发明实施例2的第二个滤波天线自身的回波损耗仿真结果图。
图11是本发明实施例2的第二个滤波天线自身的增益曲线仿真结果图。
图12是本发明实施例2的第二个滤波天线自身的效率曲线仿真结果图。
图13是本发明实施例2的WiFi滤波天线阵列第一个滤波天线的回波损耗仿真结果图。
图14是本发明实施例2的WiFi滤波天线阵列第一个滤波天线的增益曲线仿真结果图。
图15是本发明实施例2的WiFi滤波天线阵列第一个滤波天线的效率曲线仿真结果图。
其中，11-上层介质板，12-下层介质板，2-金属地，3-馈电微带线，4-同轴线内导体，5-同轴线外导体，61-第一金属寄生贴片，62-第二金属寄生贴片，71、72-金属柱，81-第一偶极子贴片，82-第二偶极子贴片，91、92-接地巴伦。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
如图1-图5所示，本实施例提供一种WiFi滤波天线，包括上层介质板11、下层介质板12，金属地2，馈电微带线3，同轴线内导体4、同轴线外导体5，金属寄生贴片及偶极子贴片，所述上层介质板的上表面设置馈电微带线及金属寄生贴片，所述上层介质板的下表面设置偶极子贴片，所述下层介质板的下表面设置金属地，两层介质板之间为空气层。
进一步，上层介质板的上表面设有馈电微带线3和一组对称布置于馈电微带线两侧的金属寄生贴片，本实施例中金属寄生贴片包括两个，分别为第一金属寄生贴片61及第二金属寄生贴片62，两个金属寄生贴片对称设置在馈电微带线的两侧，所述馈电微带线沿着上层介质板的X轴方向设置，且位于上层介质板Y轴方向的中间位置，第一金属寄生贴片及第二金属寄生贴片。
第一金属寄生贴片及第二金属寄生贴片分别通过金属柱71、72与金属地2连接，上下层介质板均设有通孔，用于固定金属柱。
进一步，上层介质板的下表面对称设置偶极子贴片，所述偶极子贴片通过接地巴伦91、92与金属地2连接，并与馈电结构之间形成耦合。
具体地，偶极子贴片为两个，沿着上层介质板下表面的X轴设置，空间上，馈电微带线位于两个偶极子贴片的中间位置。
具体地，馈电微带线沿着上层介质板的X轴方向设置，金属寄生贴片61、62通过多对金属柱71、72与金属地2连接，介质基板11的下表面设有对称分布的第一偶极子贴片81及第二偶极子贴片82，第一及第二偶极子贴片81、82通过接地巴伦91、92与金属地2连接，并与馈电结构之间形成耦合。下层介质基板12的下表面设有金属地2，与同轴线外导体5连接，所述同轴线内导体4通过金属柱与馈电微带线连接，所述馈电微带线、同轴线内导体及同轴线外导体构成三维倒L形馈电结构，拓展带宽。两层介质基板之间为空气层。
进一步，所述第一及第二偶极子贴片81、82和第一及第二寄生金属贴片61、62与馈电线3之间形成耦合。
进一步地，第一及第二偶极子贴片81、82的辐射模式在带内产生第一工作谐振点，耦合激励两侧的金属寄生贴片辐射，引入第二个工作谐振点，实现宽带设计。
进一步地，馈电结构与偶极子贴片的耦合在低频通带外会引入串联谐振，此时所述馈电微带线3与所述偶极子贴片之间会产生反相电流，辐射相消产生第一辐射零点。
进一步地，第一及第二偶极子贴片81、82与两侧的第一及第二金属寄生贴片61、62在特定频率会激励起反相电流，此时辐射相消，产生第二辐射零点，具备良好的滤波效果。
进一步地，两侧的第一及第二金属寄生贴片61、62构成金属寄生贴片对，与金属地2之间通过多对金属柱71、72连接，多对金属柱71、72关于馈电结构对称设置，金属柱71、72摆放位置中心对称。
进一步地，第一及第二偶极子贴片81、82的金属寄生贴片形式可为单一三角形、单一矩形、单一切角矩形、单一T型、单一梯形对称分布。金属寄生贴片对形式可为单一切角矩形、单一T型、单一梯形对称分布，其形状可以调节寄生贴片与馈电结构之间的磁耦合强度。
进一步地，偶极子贴片尺寸大小、间距及其与馈电微带线的间距依据所需的谐振频率决定。寄生金属贴片尺寸大小及其与偶极子贴片的间距依据所需的谐振频率决定。
进一步地，上层介质板的厚度可调，其厚度可调节馈电微带线3与第一及第二偶极子贴片81、82之间耦合强度。空气层厚度可调，用于改善阻抗匹配带宽。
如图6所示，是本实施例的WiFi滤波天线的回波损耗仿真结果图，从图中可见，本实施例天线的-10dB阻抗带宽可覆盖2.33-2.66GHz，值得注意的是，通过改变天线的高度可进一步改善阻抗匹配带宽，这里设计的实施例为低剖面天线。
如图7所示，是本实施例的WiFi滤波天线的增益曲线图，从图中可见，天线在通带内增益平稳，具有5dBi以上的增益。本实施例的WiFi滤波天线利用馈电结构分别与偶极子和寄生贴片之间的耦合作用，分别在1.9GHz与3.5GHz引入辐射零点，天线的选择性较好，且在低频1-2GHz、高频3.5-4.3GHz实现了最低-10dB的带外抑制。
图8是本发明实施例的WiFi滤波天线的效率曲线仿真结果图，从图中可见，天线在通带内效率平稳，始终保持在0.85以上，而通带外效率急剧下降，并保持在较低水平。
实施例2：
如图9所示，本实施例提供了一种滤波天线阵列，包括1×2个WiFi滤波天线，第一个滤波天线为实施例1中的WiFi滤波天线，第二个滤波天线为将实施例1中滤波天线的频段移动到NR-78频段的滤波天线。两个滤波天线的频段可以通过修改天线的尺寸灵活调整。
两个滤波天线相距较低工作频段的1/2波长时也能有较好的性能
如图10所示，是将实施例1中滤波天线的频段移动到NR-78频段的滤波天线的回波损耗曲线图，如图11所示，是NR-78频段的滤波天线的增益曲线图，如图12所示，是NR-78频段的滤波天线的效率曲线图。
如图13所示，是本实施例阵列天线的第一个滤波天线单元的回波损耗曲线图，如图14所示，是本实施例阵列天线的第一个滤波天线单元的增益曲线图，如图15所示，是本实施例阵列天线的第一个滤波天线单元的效率曲线图。从图中可见，该天线的回波损耗、增益和效率与单独天线相比变化不大。表明本发明在与其他相邻频段的天线组阵的情况下，有良好的辐射性能与异频隔离效果。
实施例3
一种射频通信设备，包括如实施例2所述的一种滤波天线阵列。
由于上述无线通信设备采用了上述WiFi滤波天线的所有实施例，因而至少具有上述实施例的所有有益效果，在此不再一一赘述。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受所述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种WiFi滤波天线，其特征在于，包括间隔空气层设置的上层介质板及下层介质板，所述上层介质板的第一面设置馈电微带线和对称布置在馈电微带线两侧的金属寄生贴片，所述第一介质板的第二面设置偶极子贴片，所述第二介质板的第二面设置金属地，所述偶极子贴片通过接地巴伦与金属地连接，所述金属寄生贴片通过金属柱与金属地连接，所述偶极子贴片和寄生金属贴片与馈电微带线之间形成耦合。
2.根据权利要求1所述的WiFi滤波天线，其特征在于，还包括同轴线，所述同轴线的内导体通过金属柱与馈电微带线连接，所述馈电微带线、同轴线内导体及同轴线外导体构成三维倒L形馈电结构。
3.根据权利要求1所述的WiFi滤波天线，其特征在于，所述馈电微带线沿着上层介质板的X轴方向设置，所述金属寄生贴片包括两个，分别为第一金属寄生贴片及第二金属寄生贴片，关于馈电微带线对称设置。
4.根据权利要求1所述的WiFi滤波天线，其特征在于，所述偶极子贴片具体为两个，沿着上层介质板的第二面设置，且关于上层介质板的中心点对称。
5.根据权利要求1所述的WiFi滤波天线，其特征在于，所述偶极子贴片的辐射模式在带内产生第一工作谐振点，耦合激励两侧的金属寄生贴片辐射，引入第二个工作谐振点。
6.根据权利要求1所述的WiFi滤波天线，其特征在于，所述馈电微带线与偶极子贴片的耦合在低频通带外引入串联谐振，则馈电微带线与偶极子贴片之间会产生反相电流，辐射相消产生第一辐射零点。
7.根据权利要求1所述的WiFi滤波天线，其特征在于，所述上层介质板的厚度用于调节馈电微带线和偶极子贴片之间的耦合强度。
8.根据权利要求2所述的WiFi滤波天线，其特征在于，寄生金属贴片的形状用于调节与馈电结构之间的磁耦合强度。
9.一种由权利要求1-8任一项所述的WiFi滤波天线构成的阵列，其特征在于，包括：呈1×2阵列设置的WiFi滤波天线，两个滤波天线工作在不同频段。
10.一种射频通信设备，其特征在于，包括如权利要求9所述的阵列。
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