CN209516013U - 一种基于部分反射表面的宽带滤波贴片天线 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种基于部分反射表面的宽带滤波贴片天线，包括按上下顺序依次设置的第一、二、三介质板，第一、二介质板之间有第一空气层，第二、三介质板之间有第二空气层；第一介质板上表面设有带耦合孔径的接地板，下表面设有带T型馈线、第一、二调谐枝节的第一覆铜层，第一介质板制作有输入端口，第二介质板上表面设有带矩形贴片的第二覆铜层，矩形贴片为整个天线的主要辐射源，第三介质板上表面设有带圆形贴片阵列的第三覆铜层，圆形贴片阵列作为部分反射表面，提高天线的带宽。本实用新型整个天线加工简单，重量轻，成本低，工作带宽宽，具有很好的应用前景。
Description
技术领域
本实用新型涉及天线的技术领域，尤其是指一种基于部分反射表面的宽带滤波贴片天线。
背景技术
近年来无线通信的高速发展，随着第五代通信***的到来，对于***的通信容量和传输速率有了更高的要求。贴片天线由于其重量轻、体积小、易共形、易加工、成本低等优点被广泛应用到无线通讯***中。然而，微带贴片天线常常受限于其工作带宽过窄。对于贴片天线的带宽扩展，很对学者通过不断的改进和研究其特性，提出了许多贴片天线的拓展技术。然而有些方法会导致效率减低，增益降低、方向图不稳定等问题。此外，很多宽带的天线并没有滤波功能。
对现有技术进行调查了解，具体如下：
李启方教授和器研究生在1995年提出加载U型缝隙来拓宽带宽。加载U型缝隙使贴片形成多调谐电路，从而展宽了频带。后面很多加载缝隙拓宽带宽的也是基于这一原理。
S.D.Targonski等人提出了利用“口径-积叠贴片”(Aperture-Stacked Patch)的设计方法拓宽带宽。
总的来说，现有的工作中，有不少关于拓展贴片天线宽带的研究，但是很多设计会使得天线损耗大使得效率变低。或者通过加缝隙等方法形成多调谐回路实现带宽拓宽，但是天线的增益和波形或受到影响。许多拓展带宽的方法并没有提出如何添加滤波功能。因此，设计一款简单的高增益宽带滤波贴片天线具有重要意义。
实用新型内容
本实用新型的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提出了一种基于部分反射表面的宽带滤波贴片天线，可以在1.85GHz-4.03GHz的范围内稳定工作，在1.85GHz-4.03GHz的频率范围内S11<-10dB，而且在1.85GHz-4.03GHz的频率范围内的增益保持在8.5dB左右，整个天线结构简单而且加工方便，成本低。
为实现上述目的，本实用新型所提供的技术方案为：一种基于部分反射表面的宽带滤波贴片天线，包括有三层介质板，分别为第一介质板、第二介质板和第三介质板，所述第二介质板位于第一介质板上方，所述第三介质板位于第二介质板上方；所述第一介质板和第二介质板之间形成有第一空气层，所述第二介质板和第三介质板之间形成有第二空气层；所述第一介质板的上表面设置有接地板，下表面设置有第一覆铜层，所述接地板上设置有耦合孔径，所述第一覆铜层上分别设置有T型馈线、第一调谐枝节和第二调谐枝节，所述第一调谐枝节和第二调谐枝节位于T型馈线的竖边两侧，通过T型馈线添加第一调谐枝节和第二调谐枝节引入两个谐振模式拓展带宽，同时，第一调谐枝节在4.6GHz时相当于时一个短路点，形成传输零点，而第二调谐枝节在1.76GHz时相当于是一个短路点，形成传输零点，从而实现滤波功能，所述第一介质板制作有输入端口，通过输入端口对整个天线进行馈电；所述第二介质板的上表面设置有第二覆铜层，所述第二覆铜层上设置有矩形贴片，作为整个天线的主要辐射源，所述T型馈线通过耦合孔径对矩形贴片进行馈电；所述第三介质板的上表面设置有第三覆铜层，所述第三覆铜层上设置有圆形贴片阵列，作为部分反射表面，提高天线的带宽。
进一步，所述圆形贴片阵列为6×6圆形贴片阵列。
本实用新型与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：
1、本实用新型的宽带滤波贴片天线的工作频率为超过1.85GHz-4.03GHz的频率范围，相对带宽超过74％。
2、本实用新型的宽带滤波贴片天线在1.85GHz-4.03GHz的频率范围内增益非常平坦，在8.5dB左右的范围内维持稳定。
3、本实用新型的宽带滤波贴片天线的方向图在1.76GHz和4.6GHz两个频率点产生传输零点，实现滤波功能。
4、本实用新型的宽带滤波贴片天线的方向图在1.85GHz-4.03GHz的频率范围内具有良好的特性。
5、本实用新型的宽带滤波贴片天线加工简单，重量轻，加工成本低，工作带宽宽，具有很好的应用前景。
附图说明
图1为本实用新型的基于部分反射表面的宽带滤波贴片天线的立体图。
图2为本实用新型的基于部分反射表面的宽带滤波贴片天线的侧视图。
图3为第三介质板的结构示意图。
图4为第二介质板的结构示意图。
图5为第一介质板的结构示意图。
图6为本实用新型的基于部分反射表面的宽带滤波贴片天线的反射系数S11仿真结果和增益曲线的仿真结果图。
图7为本实用新型的基于部分反射表面的宽带滤波贴片天线的各个频率点的方向图的仿真结果图；图中，(a)频率为2GH时，E面；(b)频率为2GHz时，H面；(c)频率为2.5GHz时，E面；(d)频率为2.5GHz时，H面；(e)频率为3GHz时，E面；(f)频率为3GHz时，H面；(g)频率为3.5GHz时，E面；(h)频率为3.5GHz时，H面；(i)频率为4GHz时，E面；(j)频率为4GHz时，H面。
具体实施方式
为使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本实用新型进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
参见图1至图5所示，本实施例所提供的基于部分反射表面的宽带滤波贴片天线，包括有三层介质板，分别为第一介质板1、第二介质板2和第三介质板3，所述第二介质板2位于第一介质板1上方，所述第三介质板3位于第二介质板1上方；所述第一介质板1和第二介质板2之间形成有第一空气层8，所述第二介质板2和第三介质板3之间形成有第二空气层9；所述第一介质板1的上表面设置有接地板5，下表面设置有第一覆铜层4，所述接地板5上设置有耦合孔径12，所述第一覆铜层4上分别设置有T型馈线13、第一调谐枝节14和第二调谐枝节15，所述第一调谐枝节14和第二调谐枝节15位于T型馈线13的竖边两侧，通过T型馈线13添加第一调谐枝节14和第二调谐枝节15引入两个谐振模式拓展带宽，同时，第一调谐枝节14在4.6GHz时相当于时一个短路点，形成传输零点，而第二调谐枝节15在1.76GHz时相当于是一个短路点，形成传输零点，从而实现滤波功能，所述第一介质板1制作有输入端口16，通过输入端口16对整个天线进行馈电；所述第二介质板2的上表面设置有第二覆铜层6，所述第二覆铜层6上设置有矩形贴片11，作为整个天线的主要辐射源，所述T型馈线13通过耦合孔径12对矩形贴片11进行馈电；所述第三介质板3的上表面设置有第三覆铜层7，所述第三覆铜层7上设置有6×6圆形贴片阵列10，每个圆形贴片的直径为10mm，每个相邻圆形贴片圆心相距10.2mm，即每个圆形贴片的间距为0.2mm，6×6圆形贴片阵列10主要的目的是作为一种类似部分反射表面，提高天线的带宽。
第一介质板1、第二介质板2和第三介质板3的介电常数均为2.55，损耗角正切为0.0029。第一介质板1、第二介质板2和第三介质板3的厚度均为1.5毫米；第一空气层8的厚度为9mm、第二空气层9的厚度为11mm，第一空气层8的主要作用是为了减少矩形贴片11与耦合孔径12的耦合，把由矩形贴片11引起的谐振模式和由耦合孔径引起的谐振模式相离的频率间隔大一点，第二空气层9的主要作用是为了提高增益和带宽。
参见图6所示，显示了本实施例上述基于部分反射表面的宽带滤波贴片天线的反射系数S11和增益曲线的仿真结果，从仿真结果可以看到，反射系数|S11|<-10dB的频率范围超过了1.85GHz-4.03GHz的频率区间。相对带宽超过了74％。从仿真结果图可以看到，在2GHz-4GHz的频率范围内，增益平坦，保持在8.5dB左右。
参见图7所示，显示了本实施例上述基于部分反射表面的宽带滤波贴片天线在2GHz、2.5GHz、3GHz、3.5GHz和4GHz五个频率点的仿真方向图，从仿真结果可以看到，本实用新型天线可以在2GHz-4GHz的方向图符合需要的特性。
上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本实用新型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，都包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (2)
1.一种基于部分反射表面的宽带滤波贴片天线，包括有三层介质板，分别为第一介质板、第二介质板和第三介质板，所述第二介质板位于第一介质板上方，所述第三介质板位于第二介质板上方；其特征在于：所述第一介质板和第二介质板之间形成有第一空气层，所述第二介质板和第三介质板之间形成有第二空气层；所述第一介质板的上表面设置有接地板，下表面设置有第一覆铜层，所述接地板上设置有耦合孔径，所述第一覆铜层上分别设置有T型馈线、第一调谐枝节和第二调谐枝节，所述第一调谐枝节和第二调谐枝节位于T型馈线的竖边两侧，通过T型馈线添加第一调谐枝节和第二调谐枝节引入两个谐振模式拓展带宽，同时，第一调谐枝节在4.6GHz时相当于时一个短路点，形成传输零点，而第二调谐枝节在1.76GHz时相当于是一个短路点，形成传输零点，从而实现滤波功能，所述第一介质板制作有输入端口，通过输入端口对整个天线进行馈电；所述第二介质板的上表面设置有第二覆铜层，所述第二覆铜层上设置有矩形贴片，作为整个天线的主要辐射源，所述T型馈线通过耦合孔径对矩形贴片进行馈电；所述第三介质板的上表面设置有第三覆铜层，所述第三覆铜层上设置有圆形贴片阵列，作为部分反射表面，提高天线的带宽。
2.根据权利要求1所述的一种基于部分反射表面的宽带滤波贴片天线，其特征在于：所述圆形贴片阵列为6×6圆形贴片阵列。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113097711A (zh) * | 2021-03-31 | 2021-07-09 | 华南理工大学 | 一种高选择性辐射效率的基片集成波导滤波天线 |
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