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_2

文档序号:9923708阅读:来源:国知局
述馈电贴片的 边长为P2,所述第一介质基板9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 10的上表面,第一和第二介质板的介电常数均是2.65,厚度均是1mm,边长都用L表示。第一 和第二介质板之间有一个高度为匕的空气层,这样设计可以增加天线的带宽和增益性能。
[0055]底部的金属反射地板1与两条正交的H型馈电线有一点空气间隙。
[0056]所述两条正交耦合的H型馈电线分别为第一馈电线4及第二馈电线5,H型馈电线是 一个立体结构,所述第二馈电线5为H型,所述H型馈电线的两条竖线印刷在第二介质基板的 下表面,所述H型馈电线的中间横线印刷在第二介质基板的上表面,且与H型的两条竖线通 过金属化过孔连接,这样使得两条正交耦合的馈电线不会交叉连接在一起,位于中间位置 的馈电贴片的中间部分嵌入一个环形缝隙6,所述环形缝隙的宽度为s,并关于馈电贴片中 心点对称,所述第二馈电线5的中间横线位于环形缝隙内,这种设计方法可以减少空气桥的 使用,使得天线的加工更加容易,并且使得两个端口之间的隔离度得到提升,两个端口分别 为第一端口及第二端口,其高低阻抗线分别用Wi、《 2及《3、W4表示。
[0057]为了得到更好的阻抗匹配,这种H型馈电线被设计成阶跃阻抗线的形式,第一、第 二馈电线由SMA接头的内芯7、8直接馈电,形成天线的双极化效应,两个馈电点距离中心位 置分别是L4PIL5。
[0058] 所述金属反射地板的边长为G。
[0059] 本实施例中的各个参数的具体值如表1所示
[0060] 表 1
[0061] 天线的参数值
[0063]本发明主要包括两条正交的H型馈电线,一块馈电贴片和一块寄生贴片。两条正交 的H型馈电线耦合到贴片上形成天线的双极化响应。本发明的H型馈电线可以在通带低频段 产生一个很好的滚降特性,而寄生贴片则可以在通带的高频段提供一个辐射零点。这样,该 天线的两个正交极化均能通过两个辐射零点的引入实现很好的带通滤波响应。
[0064] 进一步的,在馈电贴片上方加一个寄生贴片,可以在通带的高频部分产生一个滤 波零点,并且可以增加天线的带宽和辐射增益,通过调节贴片天线的大小可以控制高频零 点的位置,零点越靠近通带,增益曲线的选择性越好,越远离通带则增益曲线的带外抑制性 能越好。
[0065] 进一步的,适当的控制通带高频以及低频部分的增益零点,则可以在增益曲线上 实现良好的带通滤波响应。
[0066] 进一步的,将两条H型馈电线正交放置,可以实现贴片天线的双极化性能,特别的, 将第二馈电线5设计呈立体结构,使得两段H型馈电线不会交叉连接在一起,可以实现两个 极化的独立调节与控制,并且得到很好的极化隔离度。
[0067] 进一步的,两条H型馈电线被设计成阶跃阻抗线的形式,可以更好的实现天线的阻 抗匹配。
[0068] 进一步的,两条H型馈电线分别由两个SMA接头的内芯7、8直接馈电,馈电点的位置 分别距离两段H型馈电线的中心一段距离,通过调节这个距离可以改变天线的阻抗匹配性 能。
[0069] 进一步的,两条H型馈电线和馈电贴片均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。
[0070] 进一步的,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 1_,使天线能够得到很好的交叉极化比。
[0071] 为了解释本应用的原理和效果,下面详细介绍了该双极化滤波天线具体实施例的 工作原理,也给出了仿真和测量的结果。
[0072] 参阅图3,本发明双极化滤波天线具体实施例在两个极化方向上均具有很好的带 通滤波特性。其中,通带低频段的辐射零点是由H型馈电线产生的,而通带高频段的辐射零 点是由寄生贴片的引入而得到的。两个辐射零点的工作机理将在下面详细解释。
[0073]首先,基于滤波电路理论来研究具体实施例具有带通滤波响应的工作机理。本发 明双极化滤波天线具体实施例的结构类似于一个滤波器,图4给出了相对应的电路结构。图 4中可以看出,这个对应的电路结构包括一个馈电线,两个谐振器和一个辐射电阻。其中馈 电线由一个窄的高阻抗线和两段靠近开路端的低阻抗线组成,一个输入端口连接在高阻抗 线上并将其分为两段,长度分别为L ml和Lm2。两个谐振器和一个辐射电阻用来代替本发明双 极化滤波天线具体实施例中的两个贴片。为了研究该电路结构的传输性能,将辐射电阻用 一个输出端口来代替,这样该电路结构就相当于一个二阶带通滤波器。图5展示了该二端口 电路的传输系数仿真结果,从中可以看出该曲线展现了一个带通滤波响应效果,并且有一 个传输零点在通带低频处产生,进一步提升了带外抑制性能。
[0074]为了研究这个通带低频处的传输零点,我们通过电路的阻抗特性来进行分析研 究。图4中,^表示输入端口左边馈电线的输入感抗,由于传输零点在通带之外,所以在传输 零点这个频点上馈电线与谐振器之间的耦合非常弱,几乎可以忽略不计,这样的话Yi可以 用以下的式子来计算:
[0076]式中0 =虬表示馈电线的电长度。同样的,输入端口右边的输入感抗Y2可以这样表 示:
[0078] 这样,馈电线整体的输入感抗Yin可以表示为:
[0079] Yin = Yi+Y2 (3)
[0080] 当Yin为无穷大时,输入端口的反射系数为1,这意味着信号被馈电网络完全反射回 来,这样就会有一个传输零点fTZ产生。根据式子(1)_(3),传输零点f TZ与馈电线的长度直接 相关,因此可以通过调节馈电线的长度来控制传输零点的位置。相应的仿真结果已经在图5 中验证,馈电线L ml的长度越长则传输零点的频点越低。通过以上的分析可以推断本发明双 极化滤波天线具体实施例通带低频的辐射零点是由精心设计的H型馈电线产生的。为了更 进一步的验证这一结论,用馈电线親合馈电和用探针直接给贴片馈电的两种天线结构被设 计对比。图6(a)及图6(b)展示了用馈电线耦合馈电和用探针直接馈电的两种结构对比图, 图7则展示了这两种结构的仿真增益曲线图,图中可以看出用馈电线耦合馈电时,在增益曲 线1.9GHz处产生了一个辐射零点,而用直接馈电的方法时,通带低频处就没有辐射零点了。 并且,图7中也可以看出通过改变馈电线的长度,可以调节通带低频辐射零点的频率,这与 图5中对应的电路结构所展示的滤波响应曲线一样。值得一提的是,利用该H型馈电线产生 辐射零点的方法对于通带内的增益特性没有任何影响。
[0081]本发明双极化滤波天线具体实施例中,通带高频处的滤波零点也通过对比两种天 线结构的仿真结果来进行研究分析。图8展示了具有寄生贴片的双极化滤波天线和没有寄 生贴片只有一个贴片辐射时的双极化滤波天线的增益曲线仿真对比图。图8的结果图中可 以看到加载寄生贴片之后增益的通带带宽得到展宽,增益得到提升,并且增益曲线高频段 有一个辐射零点,可以大大提高天线在高频段的滤波作用。
[0082]为了进一步说明天线的工作机理,本发明基于高频电磁软件HFSS对具体实施例1 中的重要参数进行了仿真分析。
[0083]首先对馈电线与地板之间的高度112进行了仿真分析。图13(a)-图13(c)展示了三 种不同高度h2 = l,2,3mm时,具体实施例的反射系数,隔离度和增益性能。由于馈电线与地 板之间的高度h2对天线的输入阻抗有很大的影响,所以图13(a)中可以看出,在不同的高度 h 2情况下,通带内的反射系数变化很大,并且通带外的反射系数也会有一定的变化,这将导 致增益曲线的带外抑制效果发生影响,正如图13(b)的增益曲线图所示。图13(c)中,具体实 施例的极化隔离度也随着高度匕的变化而变化,1! 2越小则极化隔离度越好,这是因为当高度 h2越高时,探针就会引起更大交叉极化辐射,交叉极化的能量辐射到另一个端口导致两个 端口的隔离度变差。
[0084] 然后,基于第一 H型馈电线的影响在图14(a)-图14(c)中被分析,这里主要讨论H型 馈电线高阻抗线的宽度W 2的影响。图14 (a)中可以看到,宽度w 2对双极化滤波天线具体实施 例的反射系数影响较大,这也是因为H型馈电线的尺寸直接影响馈电线与贴片之间的耦合 强度,对输入阻抗有很大的影响。同时,由于不同宽度《 2对带内的阻抗影响较大,所以通带 内的增益性能也会受到很大的影响,如图14(b)所示。图14(b)中也可以看到,不同的宽度 W2 会导致通带低频段的辐射零点发生偏移,这正与等式(1)_(3)所表述相符合。图14(c)中,更 窄的馈电线宽度《2会导致更好的隔离度,这是因为第一 H型馈电线宽度越窄则与第二H型馈 电线的耦合区域越小,耦合强度也越小,这样两个极化之间的隔离度就会越好。由于加工精 度限制,本发明双极化滤波天线具体实施例将w 2的宽度设定为0.2mm
当前第2页1 2 3 
网友询问留言 已有0条留言
  • 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞!
1