一種具有濾波特性的寬帶縫隙天線的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及平面天線領域，特別涉及一種具有濾波特性的寬帶縫隙天線。
【背景技術】
[0002]—款設計合理的高性能天線，在收發信號的同時，可以有效的控制電磁能空間分布，優化網絡質量，提尚系統容量，進而大幅提尚系統整體性能。而微波濾波器起著選擇f目號、衰減噪聲、濾除鏡頻干擾等作用。將天線與濾波器進行集成，設計成一個模塊，構成濾波天線，不僅可以減小天線濾波器系統的尺寸面積，而且更加有利于封裝集成，能夠有效減小系統三維封裝尺寸與重量，進一步實現無線通信系統的小型化設計。
[0003]縫隙天線，較為常見的是微帶縫隙天線，因具有共面結構體積小重量輕以及易于與其他元器件集成的良好性質，微帶縫隙天線常常被用于無線通信終端上。而在現有的縫隙天線結構中，一方面其工作帶寬一般較窄，仍存在很大的改進空間，另一方面，這些縫隙天線基本缺乏良好的濾波特性，因而實際應用在系統中時往往需要級聯一個濾波器，從而大大提高系統的重量以及體積。
[0004]2009 年，M.Gopikrishna 等人在"Microwave and optical technology letters"上發表題為"DESIGN OF A MICR0STIP FED STEP SLOT ANTENNA FOR UWB COMMUNICAT1N"文章，文章一方面將傳統的均勻阻抗縫隙改進為階躍阻抗縫隙，另一方面饋電結構也改進為1/4波長微帶饋電，這雙重的優化大大的提高了天線的工作帶寬，但是天線始終缺乏良好的濾波特性。
[0005]2012 年，X.D.Huang 等人在 〃IEEE Transact1n on Antennas and propagat1n"上發表題為 〃An Ultrawideband(UWB)Slotline Antenna Under Multiple-ModeResonance"文章。一方面，文章參考濾波器設計中的多模諧振理念，對天線的縫隙結構進行改進，激勵出多個諧振模從而大大地提高了天線的工作帶寬，但缺點仍是缺乏良好的濾波特性。
[0006]2013年，王世偉人等申請了發明名稱為“一種采用短路引線的平面超寬帶濾波天線”，申請號為201310118467.1專利，專利中單極子天線(不屬于縫隙天線領域)配合著巧妙的短路引線結構，天線工作帶寬得到了提升，同時也具有較好的濾波特性。
[0007]因此在已公開的平面縫隙天線中，難以看見一款既有寬帶寬又有濾波特性的縫隙天線，有必要設計一款克服該缺點的高性能縫隙天線來滿足人們的需求。
【發明內容】
[0008]本發明的目的在于克服現有技術的缺點與不足，提出一種具有濾波特性的寬帶縫隙天線，其結構簡單、重量輕、易于加工制作，適用于多種無線終端中。
[0009]本發明的目的通過以下的技術方案實現:
[0010]一種具有濾波特性的寬帶縫隙天線，包括電介質基板、在電介質基板上表面金屬箔形成的微帶結構、在電介質基板下表面金屬箔形成的地以及在地中設置凹槽而形成的縫隙結構；
[0011]所述微帶結構包括微帶饋電結構以及第一微帶諧振器結構，第一微帶諧振器結構與微帶饋電結構以耦合的方式連接，第一微帶諧振器結構的長度為1/2波長；
[0012]所述縫隙結構包括第一縫隙結構，其長度為1/2波長，垂直于第一微帶諧振器結構。
[0013]所述微帶結構還包括第二微帶諧振器結構，第二微帶諧振器結構與第一微帶諧振器結構的中心垂直設置且第二微帶諧振器結構在第一微帶諧振器結構的一側。第二微帶諧振器結構與第一微帶諧振器結構的該種設置可以使天線額外產生一個諧振模式，從而拓寬工作帶寬。
[0014]所述第二微帶諧振器結構的長度為1/4波長。
[0015]所述微帶結構還包括第三微帶諧振器結構、金屬過孔，其中第三微帶諧振器結構與第一微帶諧振器結構垂直，金屬過孔設置在第三微帶諧振器結構遠離第一微帶諧振器結構的一端。第三微帶諧振器結構與第一微帶諧振器結構的該種設置可以使天線額外產生兩個諧振模式，從而進一步拓寬工作帶寬。
[0016]所述第三微帶諧振器結構的長度為1/4波長。
[0017]所述縫隙結構還包括第二縫隙結構，第二縫隙結構處于微帶饋電結構和第一微帶諧振器結構耦合處的下方。設置第二縫隙結構的目的是為了提高耦合強度。
[0018]所述微帶饋電結構為不等長雙指饋電結構。目的是在通帶外額外產生一個傳輸零點，從而提尚通帶的選擇性。
[0019]本發明與現有技術相比，具有如下優點和有益效果:
[0020]1.本發明所述的縫隙天線相對于傳統的縫隙天線具有更寬的工作帶寬。
[0021]2.本發明所述的縫隙天線在沒有級聯濾波器的情況下具有很好的濾波特性。
[0022]3.本發明所述的縫隙天線設計簡單，體積小，成本低，平面結構易于集成，可以應用于多種無線通信終端上。
【附圖說明】
[0023]圖1是本發明實施例1具有濾波特性的寬帶縫隙天線的豎截面剖視圖。
[0024]圖2是本發明實施例1具有濾波特性的寬帶縫隙天線的二維結構示意圖。
[0025]圖3是本發明實施例1和實施例2具有濾波特性的寬帶縫隙天線的底層示意圖。
[0026]圖4是本發明實施例2具有濾波特性的寬帶縫隙天線的豎截面剖視圖。
[0027]圖5是本發明實施例2具有濾波特性的寬帶縫隙天線的二維結構示意圖。
[0028]圖6是本發明實施例1具有濾波特性的寬帶縫隙天線的|S11|和增益仿真結果圖。
[0029]圖7是本發明實施例2具有濾波特性的寬帶縫隙天線的|S11|和增益仿真結果圖。
【具體實施方式】
[0030]下面結合實施例及附圖對本發明作進一步詳細的描述，但本發明的實施方式不限于此。
[0031]本發明的縫隙天線整體制作在雙面覆銅的介質基板上，使用機械刻制、激光刻制、電路板腐蝕等技術均可容易地制作。本發明的核心內容在于通過使用具有多模特性的諧振器激勵天線的縫隙輻射體，使得天線一方面提升工作帶寬，另一方面具有良好的濾波特性。
[0032]本發明的縫隙天線以印刷電路板的方式制作在介電常數為2.55，厚度為0.8mm的聚四氟乙烯雙面覆銅微帶板上，結構如圖1、2、3、4、5所示，有2個實施例。
[0033]實施例1
[0034]圖1、2、3為該縫隙天線的豎截面剖視圖、二維結構示意圖以及底層示意圖，包括電介質基板10、電介質基板10上表面金屬箔形成的微帶結構11、基板10下表面金屬箔形成的地12，以及在地12中挖槽而形成的縫隙結構13。微帶結構11包括了微帶饋電結構111、第一微帶諧振器結構112以及第二微帶諧振器子結構113，縫隙結構13包括第一縫隙結構131、第二縫隙結構132。第一微帶諧振器結構112長度為1/2波長，第二微帶諧振器結構113長度約為1/4波長，第二微帶諧振器結構113置于第一微帶諧振器結構112中心并與后者垂直。第一縫隙結構131與第一微帶諧振器結構112垂直放置，長度為1/2波長。第二縫隙結構132是為了提高耦合強度，位置處于微帶饋電結構111和第一微帶諧振器結構112耦合處的下方，參數由仿真優化決定。
[0035]整個天線的工作方式是電磁信號從微帶饋電結構111端口處輸入，能量耦合到微帶諧振器結構，再由微帶諧振器結構耦合到縫隙結構131，最后經由縫隙結構131形成的天線單元輻射出去，接收信號的方式則相反。
[0036]圖6是實施例1具有濾波特性的寬帶縫隙天線的ISll I和增益仿真結果，該縫隙天線10dB反射損耗范圍為3.8GHz到5.9GHz，相對帶寬達到了 43.3%。天線平均增益為6dBi左右，由圖也可見，天線具有高選擇性、高帶外抑制性以及較為平緩的帶內增益特性。整個天線大小為65mmX 50mm，即0.82 λ 0 X 0.63 λ 0，λ 0為最低頻率3.8GHz處的自由空間波長。
[0037]實施例2
[0038]圖4、5分別為該縫隙天線的豎截面剖視圖、二維結構示意圖，在實施例1的基礎上增加了電介質基板10中的金屬過孔14，同時第三微帶諧振器結構114替代了實施例中的第二微帶諧振器結構113。第三微帶諧振器結構114的長度約為1/4波長，第三微帶諧振器結構114與第一微帶諧振器結構112垂直。金屬過孔14置于第三微帶諧振器結構114遠離第一微帶諧振器結構112的一端邊緣。
[0039]圖7是實施例2具有濾波特性的寬帶縫隙天線的ISll I和增益仿真結果，該縫隙天線10dB反射損耗范圍為4.0GHz到6.4GHz，相對帶寬達到了 46.2%，較實施例1的相對帶寬增加了約3個百分點。天線平均增益為6dBi左右，實施例2與實施例1同樣的，具有高選擇性、高帶外抑制性以及較為平緩的帶內增益特性。整個天線大小同樣為65mmX50mm。
[0040]上述實施例為本發明較佳的實施方式，但本發明的實施方式并不受上述實施例的限制，其他的任何未背離本發明的精神實質與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應為等效的置換方式，都包含在本發明的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種具有濾波特性的寬帶縫隙天線，其特征在于:包括電介質基板、在電介質基板上表面金屬箔形成的微帶結構、在電介質基板下表面金屬箔形成的地以及在地中設置凹槽而形成的縫隙結構； 所述微帶結構包括微帶饋電結構以及第一微帶諧振器結構，第一微帶諧振器結構與微帶饋電結構以耦合的方式連接，第一微帶諧振器結構的長度為1/2波長； 所述縫隙結構包括第一縫隙結構，其長度為1/2波長，垂直于第一微帶諧振器結構。2.根據權利要求1所述的具有濾波特性的寬帶縫隙天線，其特征在于:所述微帶結構還包括第二微帶諧振器結構，第二微帶諧振器結構與第一微帶諧振器結構的中心垂直設置且第二微帶諧振器結構在第一微帶諧振器結構的一側。3.根據權利要求2所述的具有濾波特性的寬帶縫隙天線，其特征在于:所述第二微帶諧振器結構的長度為1/4波長。4.根據權利要求1所述的具有濾波特性的寬帶縫隙天線，其特征在于:所述微帶結構還包括第三微帶諧振器結構、金屬過孔，其中第三微帶諧振器結構與第一微帶諧振器結構垂直，金屬過孔設置在第三微帶諧振器結構遠離第一微帶諧振器結構的一端。5.根據權利要求4所述的具有濾波特性的寬帶縫隙天線，其特征在于:所述第三微帶諧振器結構的長度為1/4波長。6.根據權利要求1所述的具有濾波特性的寬帶縫隙天線，其特征在于:所述縫隙結構還包括第二縫隙結構，第二縫隙結構處于微帶饋電結構和第一微帶諧振器結構耦合處的下方。7.根據權利要求1所述的具有濾波特性的寬帶縫隙天線，其特征在于:所述微帶饋電結構為不等長雙指饋電結構。
【專利摘要】本發明公開的一種具有濾波特性的寬帶縫隙天線，包括電介質基板、在電介質基板上表面金屬箔形成的微帶結構、在電介質基板下表面金屬箔形成的地、在地中設置凹槽而形成的縫隙結構，以及在電介質基板中設置上下貫通的金屬過孔，所述金屬過孔同時經過微帶結構和地，所述微帶結構包括微帶饋電結構和微帶諧振器結構兩大結構。微帶饋電結構將能量耦合到微帶諧振器結構，使微帶諧振器結構產生多個諧振模激勵縫隙輻射結構，從而同時達到拓展帶寬和具有濾波特性的目的。本發明的寬帶縫隙天線，其結構簡單、重量輕、易于加工制作，適用于多種無線終端中。
【IPC分類】H01Q1/50, H01Q1/38, H01Q1/48, H01P7/08
【公開號】CN105428802
【申請號】CN201510903882
【發明人】陳付昌, 胡豪濤
【申請人】華南理工大學
【公開日】2016年3月23日
【申請日】2015年12月9日