一种具有高选择性和低交叉极化的双极化滤波天线的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及无线移动通信领域，具体涉及一种具有高选择性和低交叉极化的双极 化滤波天线。
【背景技术】
[0002] 随着移动通信的发展，在2G/3G/4G这样的多频多制式的通信系统中，多频天线的 研究设计以及应用成为必然。另外，双极化是基站天线系统中的重要性能要求。因此多频双 极化天线阵列将拥有大量的需求。在双频阵列设计当中，通常是将不同频段的两列阵列分 别放置来实现双频性能，这样设计的话，两个频段之间的耦合是一个重要的问题，特别是当 两个工作频段比较接近的时候，耦合影响会更大。尽管增加两个子阵列之间的间距可以解 决耦合度的问题，但是这样的话整个阵列的尺寸会变得很大。如果子阵列的方向图具有一 定的带外抑制效果的话，两个子阵列之间的互耦将会大大减少，也就是说具有滤波特性的 天线阵元设计具有重要的意义。
[0003] 最近，有很多关于滤波天线的工作被展开。在这些滤波天线的设计当中，最常用的 一种方法是将天线与滤波电路直接级联。这种方法是将滤波器的最后一节谐振器用天线辐 射体代替，这样的话需要额外的阻抗变换器或者优化谐振器与天线之间的阻抗特性来实现 匹配。有很多性能很好的这类滤波天线被提出来，但是这种多谐振器的方式会带来更大尺 寸和一定的插入损耗。为了减小这类滤波天线的尺寸，有些学者用缺陷地的方法和在辐射 体下方加入谐振器形成3D结构的方法来实现小型化。另外也有学者融合滤波功分器和差分 滤波电路在天线的馈电网络中来实现阵列小型化。
[0004]在以上的滤波天线设计中，天线的滤波性能都是通过将滤波电路融合到天线的馈 电网络中得到的，因此，由额外的滤波电路带来的插入损耗不可避免，这将直接影响天线的 增益和辐射效率。为了解决这个问题，一种印刷的定向环形滤波天线通过加载一个环形微 带线实现了滤波性能，另一种寄生贴片滤波天线通过插入三个短路探针和一个U型缝隙而 得到良好的滤波性能。由于没有额外的滤波电路，这两种天线的增益性能没有受到影响。但 是这两种滤波天线都是单极化的，并且它们的结构无法扩展为一个双极化的滤波天线。
【发明内容】
[0005] 为了克服现有技术存在的缺点与不足，本发明提供一种具有高选择性和低交叉极 化的双极化滤波天线。
[0006] 本天线无需外加损耗电路就实现了带通滤波特性，通带边缘陡峭，边带抑制明显， 具有良好的频率选择性，在通带内有良好的平坦增益，并且该天线可以实现双极化，具有良 好的极化隔离度和交叉极化比，满足基站天线的基本要求。
[0007] 本发明如下技术方案：
[0008] -种具有高选择性和低交叉极化的双极化滤波天线，包括位于底部的金属反射地 板、位于中间的馈电贴片、位于顶部的寄生贴片以及第一、第二介质基板，所述第一介质基 板的上表面印刷寄生贴片，所述馈电贴片印刷在第二介质基板的上表面，还包括两段正交 耦合的馈电线，所述两段馈电线印刷在第二介质基板的下表面。
[0009] 所述两段正交耦合的馈电线具体为第一馈电线及第二馈电线，所述两段馈电线均 为H型。
[0010] 所述第二馈电线为H型，其H型的两条竖线印刷在第二介质基板的下表面，所述H型 的中间横线印刷在第二介质基板的上表面，且与H型的两条竖线连接。
[0011]所述第一、第二馈电线由SMA接头的内芯直接馈电。
[0012] 所述第一及第二馈电线的等效长度为增益曲线上低频辐射零点对应波长的二分 之一。
[0013] 还包括环形缝隙，所述环形缝隙嵌入在馈电贴片内，并关于馈电贴片中心点对称， 所述第二馈电线的中间横线位于环形缝隙内。
[0014] 所述第二介质基板与金属反射地板距离为1mm。
[0015] 所述第一及第二馈电线均为阶跃阻抗线的形式。
[0016] 第一馈电线和第二馈电线在天线的通带低频部分实现一个辐射零点，寄生贴片在 天线的通带高频部分实现另一个辐射零点。
[0017] 本发明的有益效果：
[0018] (1)无需额外的滤波电路，天线自身集成滤波特性和辐射特性，解决了传统级联型 的滤波天线带来的插入损耗与额外尺寸的问题；
[0019] (2)天线通带内增益高，定向辐射性能好，方向图稳定，天线通带外边缘陡峭，带外 抑制效果明显，具有良好的频率选择特性；
[0020] (3)天线中使用的新型H型馈电线馈电方式解决了滤波天线中单极化的问题，成功 实现了双极化，并且在保证体积小和辐射性能良好的情况下实现了高的极化隔离度和低的 交叉极化；
[0021] (4)天线具有带通滤波特性:通带高频和低频的辐射零点都可以通过分别调节寄 生贴片和H型馈电线的尺寸来控制；
[0022] (5)整个天线被设计成对称结构，以及两段H型馈电线距离地板的间距只有1mm，使 天线能够实现很低的交叉极化；
[0023] (6)馈电贴片和两段H型馈电线分别印刷在第二介质板的上下面，大大减少了天线 的尺寸和加工难度。
【附图说明】
[0024]图1是本发明实施例中一种具有高选择性和低交叉极化的双极化滤波天线的结构 示意图；
[0025] 图2(a)是图1中实施例的侧视图；
[0026] 图2(b)是图1中寄生贴片的俯视图；
[0027] 图2(c)是图1中馈电贴片的俯视图；
[0028] 图2(d)是图1中馈电网络的俯视图；
[0029] 图3是本发明实施例的增益仿真示意图；
[0030] 图4是本发明实施例的等效二端口网络；
[0031] 图5是本发明实施例等效电路在三种不同的长度Lml下的传输系数仿真结果图；
[0032] 图6(a)是本发明实施例中直接馈电的天线结构图；
[0033] 图6(b)是本发明实施例中耦合馈电的天线结构图；
[0034] 图7是本发明实施例在图6(a)及图6(b)两种不同馈电结构下的增益结果对比图；
[0035] 图8是本发明实施例在有无寄生贴片情况下的增益仿真结果对比图；
[0036] 图9(a)是本发明实施例中第一端口的反射系数Sn和增益曲线图；
[0037]图9(b)是本发明实施例中第二端口的反射系数Sn和增益曲线图；
[0038] 图10是本发明实施例中两个端口之间的隔离度；
[0039] 图11(a)及图11(b)分别是本发明实施例中第一端口在2.49GHz频点下的E面及H面 仿真与测试辐射方向图；
[0040] 图11(c)及图11(d)分别是本发明实施例中第一端口在2.69GHz频点下的E面及H面 的仿真与测试辐射方向图；
[00411图12(a)及图12(b)是本发明实施例中第二端口在2.49GHz频点下的E面及H面的仿 真与测试辐射方向图；
[0042]图12(c)及图12(d)是本发明实施例中第二端口在2.69GHz频点下的E面及H面的仿 真与测试辐射方向图；
[0043] 图13(a)是本发明实施例中馈电线与地板之间的距离h2在不同参数值时的反射系 数对比图；
[0044] 图13(b)是本发明实施例中馈电线与地板之间的距离h2在不同参数值时的增益曲 线对比图；
[0045] 图13(c)是本发明实施例中馈电线与地板之间的距离h2在不同参数值时的端口隔 离度对比图；
[0046] 图14(a)是本发明实施例中第一 H型馈电线中间部分线宽w2在不同参数值时的反 射系数对比图；
[0047] 图14(b)是本发明实施例中第一 H型馈电线中间部分线宽w2在不同参数值时的增 益曲线对比图；
[0048] 图14(c)是本发明实施例中第一 H型馈电线中间部分线宽w2在不同参数值时的隔 离度对比图；
[0049] 图15(a)是本发明实施例中环形缝隙宽度s在不同参数值时的反射系数对比图；
[0050] 图15(b)是本发明实施例中环形缝隙宽度s在不同参数值时的增益曲线对比图；
[0051] 图16是本发明实施例中在不同带宽下的反射系数和隔离度对比图。
【具体实施方式】
[0052]下面结合实施例及附图，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。
[0053] 实施例
[0054]图1及图2(a)-图2(d)所示，一种具有高选择性和低交叉极化的双极化滤波天线， 无需外加的滤波电路，具有带通滤波响应，包括底部的金属反射地板1，中间的馈电贴片2， 顶部的寄生贴片3以及两条正交的H型馈电线4、5。所述寄生贴片边长为Pi，所