介質諧振器濾波天線的制作方法
【專利摘要】本發明公開一種介質諧振器濾波天線。該天線通過微帶耦合縫隙從底部饋電，同時激勵3個模式產生寬的輻射通帶，通過采用一對間隔縫隙來激勵楔形的介質諧振器天線以提高增益。饋電微帶線的開路枝節可以提供兩個靠近通帶邊沿的輻射零點。寄生微帶線平行地添加到饋電微帶線的兩側，用以提高高頻阻帶的帶外抑制水平；而將耦合縫隙從中間分開用來提高低頻阻帶的帶外抑制水平。本發明具有準橢圓函數帶通響應，且結構簡單，未使用復雜的濾波電路。該設計的10dB阻抗帶寬可以達到23%，帶內平均增益9.05dBi，在很寬的阻帶范圍內帶外抑制超過25dB。通過調整天線尺寸，本發明還可實現不同的帶寬特性（13%?23%）。
【專利說明】
介質諧振器濾波天線
技術領域
[0001] 本發明設及無線移動通信領域的天線，特別設及一種可應用于移動通信基站等射 頻終端的緊湊型、寬帶、高增益介質諧振器濾波天線。
【背景技術】
[0002] 無線通信系統中，集成模塊備受關注。天線和濾波器是射頻前端兩個不可或缺的 元件。通常，天線和濾波器是作為兩個元件進行獨立設計，然后將它們分別匹配到50 Q標準 端口，再將二者級聯。如此W來，使整個模塊尺寸增加，運對于空間有限的射頻前端是不利 的。又由于濾波器和天線的帶寬往往不是完全一致的，導致濾波效果受到影響。為了克服運 些問題，濾波器和天線集成為一個模塊被提出。
[0003] 現在大多數濾波器和天線的集成方案采用了協同設計，在運種方案中天線和濾波 器直接連接，不用再分別匹配到50 Q標準端口。協同設計減小了模塊尺寸，避免了匹配到標 準端口引起的損耗。雖然濾波器和天線的協同設計在一定程度上改善了模塊性能，但是由 于濾波器的損耗不可避免，特別是需要多階諧振器的時候，往往導致損耗更嚴重，運就導致 天線增益相對較低。
[0004] 現階段很少有天線設計能夠具有較好的濾波效果又不使用復雜的濾波電路。此 夕h很多應用需要濾波天線具有較寬的帶寬和相對較高的增益。
【發明內容】
[0005] 本發明克服了現有技術存在的不足，采用濾波器和天線融合設計的理論，提供一 種可應用于移動通信基站等射頻終端的緊湊型、寬帶、高增益介質諧振器濾波天線。
[0006] 本發明所采用的技術方案如下。
[0007] 介質諧振器濾波天線，其包括介質諧振器、位于介質諧振器下面的介質基板、位于 介質基板上表面的地板、地板上設有的縫隙W及介質基板下表面蝕刻的饋電微帶線和寄生 微帶線;兩條所述縫隙在地板長度方向上鏡像對稱;每條縫隙中間被分隔開形成鏡像對稱 的兩段禪合縫隙，用來抑制天線的低頻阻帶諧振;兩條縫隙之間的間距為天線中屯、頻率對 應的介質中的一個波長;饋電微帶線位于兩條所述縫隙的中間點連線下方，饋電微帶線提 供兩個靠近天線通帶兩側的福射零點；四條所述寄生微帶線對稱間隔分布在饋電微帶線的 兩側且位于兩條所述縫隙的下方，用于在天線高頻阻帶產生福射零點。
[000引進一步地，天線的10地阻抗帶寬在13%-23%中可調。
[0009] 進一步地，所述介質諧振器頂部凸出，為姨形、半圓柱或半球。
[0010] 進一步地，饋電微帶線的開路枝節的長度Im可取天線通帶左右兩邊福射零點的頻 率fl和fh對應的介質中的半波長Iml和Imh的整數倍化Iml和化Imh附近±1/10、范圍內的值，即 化Im廣l/l〇、<lm<Nllml+l/l〇、和化^-1/1〇、<1。<化^+1/1〇、，化，化為正整數，、為中屯、頻 率對應介質中的波長。進一步地，饋電微帶線(4)的開路枝節的長度Im滿足化lml-l/l〇、<lm< Nllml+1/lO、和N2lmh-l/l〇、<lm<N2lmh+l/l〇、,且同時滿足Im取最小值。
[0011] 進一步地，每條寄生微帶線(6)的長度Ip在其產生福射零點的頻率對應介質中的 半波長l/2Ag附近±l/10Ag即l/2VlA〇Vlp<l/2VlA〇人gA為介質中的波長。
[0012] 與現有技術相比，本發明具有如下有益效果：
[0013] 1.采用介質諧振器可W產生多個模式，形成較寬的帶寬，并且帶寬可W通過改變 介質諧振器的尺寸來調節，本發明中天線的10地阻抗帶寬可W在13%-23%之間調節。
[0014] 2.科學設計饋電微帶線開路枝節的長度引入福射零點，并通過間隔縫隙W及添加 寄生微帶線提高阻帶抑制，從而將濾波效果融合到天線設計中，未引入復雜的濾波電路，天 線損耗低。
[0015] 3.所述濾波天線具有結構緊湊、寬帶、高增益的特點。天線的10地阻抗帶寬可達到 23 %，天線平均增益9.05地i，帶外抑制超過25地，具有較寬的阻帶。
【附圖說明】
[0016] 圖1是本發明介質諧振器濾波天線具體實施例的側視圖；
[0017] 圖2是本發明介質諧振器濾波天線具體實施例的俯視圖；
[0018] 圖3是本發明介質諧振器濾波天線具體實施例的地板的俯視圖；
[0019] 圖4是本發明介質諧振器濾波天線具體實施例的仰視圖；
[0020] 圖5是本發明介質諧振器濾波天線具體實施例的Sii參數的仿真和測試曲線圖；
[0021] 圖6是本發明介質諧振器濾波天線具體實施例的增益仿真和測試曲線圖；
[0022] 圖7是本發明介質諧振器濾波天線具體實施例在5G化的歸一化福射方向圖；
[0023] 圖8是本發明介質諧振器濾波天線具體實施例調整為寬帶和窄帶的Sii參數仿真曲 線圖；
[0024] 圖9是本發明介質諧振器濾波天線具體實施例調整為寬帶和窄帶的增益仿真曲線 圖。
【具體實施方式】
[0025] W下結合附圖和實例對本發明的實施作進一步說明，但本發明的實施和保護范圍 不限于此。
[0026] 僅作為實例，一種工作在5G化的寬帶、高增益介質諧振器濾波天線。圖1本實施例 天線的側視圖。本實施例的介質諧振器1采用相對介電常數Er=IO的介質材料加工，頂端姨 形有利于降低福射旁瓣。上面尖頂高度4mm,下部厚度h = 3mm，長1 = 63mm，寬W = 40mm;介質 基板3采用厚度hi = 0.813mm的R04003。
[0027] 圖2是本實施例的俯視圖。參閱圖3,本實施例的地板2,即介質基板3的上表面。兩條 縫隙5在地板長度方向上鏡像對稱;每條縫隙5中間被分隔開形成鏡像對稱的兩段禪合縫隙， 用來抑制天線的低頻阻帶諧振;兩條縫隙5之間的間距為天線中屯、頻率對應的介質中的一個 波長。圖4是本實施例的介質基板3的下表面，饋電微帶線4的開路枝節的長度Im(即從靠近饋 電微帶線4 一側的縫隙5正下方的位置至饋電微帶線的開路端的長度)可取天線通帶左右兩 邊福射零點的頻率fi和fh對應的介質中的半波長Imi和二^2乂展，/,W,二C/2//,展， C是真空中光速，Ee有效介電常數）的整數倍化Iml和Mmh(化，N2為任意正整數)附近±1/10、 (、，中屯、頻率對應介質中的波長)范圍內的值，即化Im廣1/1〇、<1。<化1。1+1/1〇、和化心-1/ 10入c<lm<N2lmh+l/lO、。為了盡量減小電路尺寸，Im取能使化Iml-1/I0、<lmailml+1/10、和 化^-1/10、<1。<化^+1/10、同時滿足1。取最小值，本實施例中一個優選尺寸1。取45.2111111。 四條寄生微帶線6對稱間隔分布在饋電微帶線4的兩側且位于兩條所述縫隙5的下方，用于 在天線高頻阻帶產生福射零點。寄生微帶線6的長度Ip在其產生的福射零點的頻率對應的 介質中的半波長l/2Ag附近l/l〇Ag(Ag，介質中的波長)范圍內，l/2Vl/l〇Ag<lp<l/2Vl/l〇 入g。
[0028] 參閱圖5,本發明實施例的仿真和測試的Sii參數，虛線為測試結果。IOdB阻抗帶寬 20.3%;參閱圖6,本發明實施例的仿真和測試的增益曲線，測試的帶內平均增益9.05地，具 有很好的頻率選擇性，帶外抑制超過25地，有很寬的阻帶。參閱圖7，本發明實施例在5GHz的 歸一化方向圖。最大福射方向在福射體的正上方，主極化比交叉極化大25地i W上。通帶內 其他頻率的方向圖與5G化的方向圖類似，整個通帶內方向圖比較穩定。
[0029] 參閱圖8,本發明實施例通過調整參數分別實現寬帶和窄帶兩種情況的Sii參數曲 線圖，寬帶模型的10地阻抗帶寬23%，窄帶模型的10地阻抗帶寬13%。圖9是本發明實施例 實現寬帶和窄帶模型的增益曲線圖，寬帶和窄帶模型仿真的最大增益分別為9.36dBi和 9.4地1。
[0030] 本發明提供的實施例應用于無線移動通信領域，可應用于各類無線通信系統的接 收和發射設備中，受益于本發明將天線設計與濾波器設計融為一體，可W得到更加簡單的 模塊結構，易于加工，降低射頻前端的復雜度和成本，提高了模塊的整體性能。
[0031] 綜上所述僅為本發明的較佳實例而已，并不用W限制本發明，凡在本發明的精神 和原則之內，所作的任何修改、等同替換、簡化、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之 內。
【主權項】
1. 介質諧振器濾波天線，其特征在于包括介質諧振器（1)、位于介質諧振器（1)下面的 介質基板(3)、位于介質基板上表面的地板(2)、地板上設有的縫隙（5)以及介質基板下表面 蝕刻的饋電微帶線(4)和寄生微帶線(6);兩條所述縫隙（5)在地板長度方向上鏡像對稱;每 條縫隙（5)中間被分隔開形成鏡像對稱的兩段耦合縫隙，用來抑制天線的低頻阻帶諧振;兩 條縫隙（5)之間的間距為天線中心頻率對應的介質中的一個波長;饋電微帶線(4)位于兩條 所述縫隙（5)的中間點連線下方，饋電微帶線(4)提供兩個靠近天線通帶兩側的輻射零點； 四條所述寄生微帶線(6)對稱間隔分布在饋電微帶線(4)的兩側且位于兩條所述縫隙（5)的 下方，用于在天線高頻阻帶產生輻射零點。2. 根據權利要求1所述的介質諧振器濾波天線，其特征在于，天線的10dB阻抗帶寬在 13%-23%中可調。3. 根據權利要求1所述的介質諧振器濾波天線，其特征在于，所述介質諧振器頂部凸 出，為鍥形、半圓柱或半球。4. 根據權利要求1所述的介質諧振器濾波天線，其特征在于，饋電微帶線(4)的開路枝 節的長度lm可取天線通帶左右兩邊福射零點的頻率fl和fh對應的介質中的半波長lml和lmh 的整數倍Nilmi和N2lmh附近±1/10λ。范圍內的值，gpNdmi-l/lOAca^Ndmi+l/lOAc^PMmh-l/ 10入。〈l m〈N21此+1/10λ。，Ni，為正整數，λ。為中心頻率對應介質中的波長。5. 根據權利要求4所述的介質諧振器濾波天線，其特征在于，饋電微帶線(4)的開路枝 節的長度lm滿足沁11-1/10人。〈1州山1+1/10人。和吣1油-1/10人。〈以犯1油+1/10人。，且同時滿足 U取最小值。6. 根據權利要求1所述的介質諧振器濾波天線，其特征在于，每條寄生微帶線（6)的長 度1P在其產生輻射零點的頻率對應介質中的半波長1/2λ 8附近±l/l〇A4Pl/2Ag-l/l〇Ag〈lp〈 l/2A g+l/l〇Ag，Ag為介質中的波長。
【文檔編號】H01Q1/50GK106099360SQ201610345948
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年5月20日
【發明人】潘詠梅, 胡鵬飛, 章秀銀
【申請人】華南理工大學