一种零点和极点同时可调谐的宽带滤波天线及滤波方法

本申请涉及无线通信，尤其涉及一种零点和极点同时可调谐的宽带滤波天线和滤波方法。

背景技术：

1、随着无线通信技术的发展，5g通信的产业规模日趋壮大，其移动终端线朝着小型化、集成化和多功能的方向发展。近年来，作为一种多功能集成的小型化射频器件，滤波天线吸引了越来越多的研究兴趣。然而，现有滤波天线无法实现传输极点和辐射零点同时可控。

2、波导是导引电磁波传输的载体，其性色散小的波导不仅能够提高信号的传输质量，而且可以降低波导在射频电路中的插入损耗。集成基片间隙波导(integratedsubstrate gap waveguide，简称isgw)作为一种能够传输准tem(transverseelectromagnetic wave)波的波导，由于其具备易于集成、重量轻、成本低、辐射损耗和模式转换损耗小等优点，被广泛运用于天线、滤波器、耦合器等射频器件。然而，集成基片间隙波导对提高滤波天线频率选择性和谐振频率、辐射零点同时可控的功能目前还无法实现。

技术实现思路

1、本申请提供了一种零点和极点同时可调谐的宽带滤波天线和滤波方法，以解决现有滤波天线难以同时调谐谐振频率和调控辐射零点频率、频率选择性差、增益低的技术问题，同时实现了滤波天线的传输极点和辐射零点同时独立可控的技术效果，且在微波毫米、太赫兹频段具备小型化和多功能的优势，具备较大的运用前景和潜力。

2、为解决上述技术问题，第一方面，本申请提供了一种零点和极点同时可调谐的宽带滤波天线，所述天线包括：

3、自上而下依次堆叠的辐射结构和馈电结构，所述馈电结构采用集成基片间隙波导结构；

4、所述集成基片间隙波导结构包括自上而下堆叠设置的顶层介质板、中间层介质板和底层介质板，在所述顶层介质板的下表面印刷有主馈电结构和附加在主馈电结构两侧的附加馈电结构；

5、所述主馈电结构包括一个处于中轴线上的第一均匀阻抗谐振器和两个连接所述第一均匀阻抗谐振器的阶跃阻抗谐振器；

6、所述附加馈电结构包括两个第二均匀阻抗谐振器，两个所述阶跃阻抗谐振器和两个所述第二均匀阻抗谐振器均相对所述中轴线呈轴对称分布。

7、优选的，所述顶层介质板的上表面印刷有中间刻蚀矩形缝隙的金属铜，所述矩形缝隙的长边与所述中轴线垂直，且相对所述中轴线呈轴对称分布。

8、优选的，所述矩形缝隙的长边的长度约等于所述滤波天线工作频率的半个波长。

9、优选的，所述底层介质板的上表面印刷有多个呈周期阵列分布的圆形金属片，在所述底层介质板的下表面印刷有一层金属铜层。

10、优选的，在每一个所述圆形金属片与所述金属铜层之间均贯通连接有一个圆柱形金属过孔，所述金属过孔嵌入在所述底层介质板内。

11、优选的，所述金属过孔为圆柱体，且每一个所述圆形金属片和所述金属过孔同圆心设置，以形成多个蘑菇状的电磁带隙结构。

12、优选的，所述辐射结构包括主辐射结构和附加辐射结构，所述主辐射结构包括一层介质板和印制在所述介质板上的金属板，所述金属板为四个形状尺寸完全相同，且均匀排列的矩形金属铜，每一个所述矩形金属铜的长边与所述中轴线垂直，且相对所述中轴线呈轴对称分布；

13、所述附加辐射结构包括两个第三均匀阻抗谐振器，两个所述第三均匀阻抗谐振器位于靠近所述矩形金属铜短边的两侧，且相对所述金属板呈轴对称分布。

14、优选的，在距离最远的两个所述矩形金属铜上刻蚀有细长条形状的反向电流槽。

15、第二方面，本申请还提供了一种零点和极点同时可调谐的宽带滤波方法，所述方法应用于上述所述的零点和极点同时可调谐的宽带滤波天线，所述包括：

16、调整阶跃阻抗谐振器的长度，以调控所述滤波天线高频辐射零点的频率；

17、调整第二均匀谐振器的长度，以调控所述滤波天线低频辐射零点的频率。

18、优选的，所述方法还包括：

19、调整圆形金属片或/和金属过孔的半径，以调控所述滤波天线的输入阻抗；

20、根据所述输入阻抗，调谐所述滤波天线的谐振频率。

21、本申请提供了一种零点和极点同时可调谐的宽带滤波天线和滤波方法，所述滤波天线包括自上而下依次堆叠的辐射结构和馈电结构，馈电结构采用集成基片间隙波导结构。集成基片间隙波导结构包括自上而下堆叠设置的顶层介质板、中间层介质板和底层介质板，主馈电结构位于顶层介质板上，包括一个处于中轴线上的第一均匀阻抗谐振器和两个连接第一均匀阻抗谐振器的阶跃阻抗谐振器；附加馈电结构包括两个第二均匀阻抗谐振器，阶跃阻抗谐振器和第二均匀阻抗谐振器共同引入带通滤波响应，集成基片间隙波导结构的底层介质板上设置有蘑菇状电磁带隙结构，该电磁带隙结构调谐滤波天线的谐振频率，并且改善滤波天线低频边带辐射零点的频率选择性。本申请的滤波天线结构可灵活调控辐射零点的频率、通过电磁带隙结构调谐滤波天线的谐振频率、通过改变集成基片间隙波导的单元尺寸调控该滤波天线低频边带的频率选择性。且具备集成度高、低成本、轻量化和高增益的优势。

技术特征：

1.一种零点和极点同时可调谐的宽带滤波天线，其特征在于，所述天线包括：自上而下依次堆叠的辐射结构和馈电结构，所述馈电结构采用集成基片间隙波导结构；

2.如权利要求1所述的零点和极点同时可调谐的宽带滤波天线，其特征在于，所述顶层介质板的上表面印刷有中间刻蚀矩形缝隙的金属铜，所述矩形缝隙的长边与所述中轴线垂直，且相对所述中轴线呈轴对称分布。

3.如权利要求2所述的零点和极点同时可调谐的宽带滤波天线，其特征在于，所述矩形缝隙的长边的长度约等于所述滤波天线工作频率的半个波长。

4.如权利要求1所述的零点和极点同时可调谐的宽带滤波天线，其特征在于，所述底层介质板的上表面印刷有多个呈周期阵列分布的圆形金属片，在所述底层介质板的下表面印刷有一层金属铜层。

5.如权利要求4所述的零点和极点同时可调谐的宽带滤波天线，其特征在于，在每一个所述圆形金属片与所述金属铜层之间均贯通连接有一个圆柱形金属过孔，所述金属过孔嵌入在所述底层介质板内。

6.如权利要求5所述的零点和极点同时可调谐的宽带滤波天线，其特征在于，所述金属过孔为圆柱体，且每一个所述圆形金属片和所述金属过孔同圆心设置，以形成多个蘑菇状的电磁带隙结构。

7.如权利要求1所述的零点和极点同时可调谐的宽带滤波天线，其特征在于，所述辐射结构包括主辐射结构和附加辐射结构，所述主辐射结构包括一层介质板和印制在所述介质板上的金属板，所述金属板为四个形状尺寸完全相同，且均匀排列的矩形金属铜，每一个所述矩形金属铜的长边与所述中轴线垂直，且相对所述中轴线呈轴对称分布；

8.如权利要求1所述的零点和极点同时可调谐的宽带滤波天线，其特征在于，在距离最远的两个所述矩形金属铜上刻蚀有细长条形状的反向电流槽。

9.一种零点和极点同时可调谐的宽带滤波方法，所述方法应用于如权利要求1-8所述的零点和极点同时可调谐的宽带滤波天线，其特征在于，包括：

10.如权利要求9所述的零点和极点同时可调谐的宽带滤波方法，其特征在于，所述方法还包括：

技术总结
本申请公开了一种零点和极点同时可调谐的宽带滤波天线和滤波方法，所述滤波天线包括辐射结构和集成基片间隙波导结构(ISGW)，ISGW由三层介质板堆叠而成，主馈电结构位于顶层介质板上，包括一个第一均匀阻抗谐振器和两个连接第一均匀阻抗谐振器的阶跃阻抗谐振器；附加馈电结构包括两个第二均匀阻抗谐振器，阶跃阻抗谐振器和第二均匀阻抗谐振器共同引入带通滤波响应，底层介质板上设置有蘑菇状电磁带隙结构，以调谐滤波天线的谐振频率，并改善滤波天线低频边带辐射零点的频率选择性。本申请可灵活调控辐射零点的频率、调谐滤波天线的谐振频率、调控该滤波天线低频边带的频率选择性，且具备集成度高、低成本、轻量化和高增益的优势。

技术研发人员：罗志勇,王立辉
受保护的技术使用者：中山大学
技术研发日：
技术公布日：2024/2/19