一种低剖面双频带滤波贴片天线及其构成MIMO天线制造技术

本发明专利技术公开了一种低剖面双频带滤波贴片天线及其构成的MIMO天线，包括基底、设置在基底上的接地端、设置在所述基底的上表面上的第一U型贴片、第二U型贴片和多枝节传输线，所述第一U型贴片、第二U型贴片和多枝节传输线均关于中轴线对称，所述第一、第二U型贴片的方向相同，尺寸较小的第一U型贴片嵌套在尺寸较大的第二U型贴片的开口内；当工作在第二个工作频带时，所述多枝节传输线构成馈电结构；当工作在第一个工作频带时，所述第一U型贴片和所述多枝节传输线共同构成馈电结构。本发明专利技术可以有效地实现电路低剖面，可提供两种可分别独立调节的谐波模式，通带附近可以产生目标增益中的4个辐射零点，从而得到准椭圆形的双带响应。

Low profile dual frequency band filter patch antenna and its composition MIMO antenna

The invention discloses a MIMO antenna with low profile dual band filter patch antenna and its components, including a substrate, disposed on the substrate, the grounding end is arranged on the substrate on the upper surface of the first type U second type U patch, patch and multi branch transmission line, the first U type patch, second type U patch and multi branch transmission line on the axis of symmetry, the first and the second type U patch in the same direction, the smaller size of the first type U patch nested in the opening size of the larger of the second type U patch; when working in second bands, the multi side transmission lines feed structure; when working in the first frequency band, the first type U patch and the multi branch transmission line composed of feeding structure. The invention can effectively realize the circuit of low profile, can provide two can be adjusted independently of the harmonic mode near the passband can produce 4 radiation target gain in zero, so as to obtain the double quasi elliptic response.

【技术实现步骤摘要】
一种低剖面双频带滤波贴片天线及其构成MIMO天线
本专利技术涉及射频通信领域，尤其涉及一种低剖面双频带滤波贴片天线及其构成MIMO天线。
技术介绍
随着对各种通信服务的需求的增长，无线用户驻地设备(CustomerPremiseEquipment，简称CPE)在LTE网络的多相环境中变得更加重要。LTECPE用于Wi-Fi、有线LAN和LTE之间的宽带数据读取和数据服务对话。数据通过CPE向LTE网络传输。为了提供高速数据传输和更好的覆盖，无线CPE中通常采用多输入多输出(Multiple-inputMultiple-output，简称MIMO)天线。另外，载波聚合(CarrierAggregation，简称CA)技术也用在增强LTE中，将不同通带中的碎裂的光谱聚集成更大的光谱资源，以便于进一步增强数据传输能力。因此，可以在CPE的RF前端中使用工作在各个频率的多个天线集和带通滤波器。另一方面，由于CPE是薄型的，需要尽可能的紧凑，以便使安装更简单，因此需要将天线和带通滤波器集成，以提升RF前端的集成度。近年来，已经提出了滤波器和天线的一些集成设计。设计滤波天线的典型方法是用天线辐射器取代滤波网络的最后一阶，其中天线辐射器能够实现高集成度。但是，一些设计中，额外的滤波电路插入到天线馈电网络中，导致额外的插入损耗并降低了天线增益。为了解决这个问题，提出了不带额外滤波电路的滤波天线，且不影响带内增益。但是，上述滤波天线仅限于单带操作，难以实现CA所需的多带规格。近来，提出了一些双带滤波天线。一些方案中，双带天线和滤波器可以分开设计然后串联在一起，形成双带天线滤波器模块。例如，矩形贴片在两个通带中产生两种正交极化。又例如，使用贴片的TM10和TM30模式来实现双带操作。但是，这些天线的工作频率不能分别单独进行控制。另外，由于馈电网络导致的额外的插入损耗，使得它们在两个通带中的Peek增益仅仅是-1.8/-4.0dBi和1.1/3.8dBi。另一个例子中，通过电磁耦合将U型槽贴片天线与双模短线负载的谐振器集成在一起，可以得到包括谐波抑制在内的优良性能，但是，它使用了两层PCB结构，不能达到薄型需求，另外没有特定的带外辐射零点来增强回避选择性。
技术实现思路
为了克服现有技术中双带天线不能独立控制、存在过厚或没有特定的带外辐射零点的缺陷，本专利技术提供一种低剖面双频带滤波贴片天线及其构成MIMO天线。本专利技术采用如下技术方案：一种低剖面双频带滤波贴片天线，包括基底1和设置在基底1上的接地端GND，还包括设置在所述基底1上表面的第一U型贴片2、第二U型贴片3和多枝节传输线，所述第一U型贴片2、第二U型贴片3和多枝节传输线均关于天线中轴线对称，所述第一、第二U型贴片2、3的开口方向相同，第一U型贴片2嵌套在第二U型贴片3的开口内；当工作在第二个频带时，所述多枝节传输线构成馈电结构；当工作在第一个频带时，所述第一U型贴片2和所述多枝节传输线共同构成馈电结构。所述多枝节传输线包括插入所述第一U型贴片2的开口内的主传输线4以及第一、第二对开路短线5、6，所述主传输线4位于所述天线中轴线上，所述第一、第二对开路短线5、6分别对称地连接在所述主传输线4的两侧。所述主传输线4、第一及第二对开路短线5、6构成“土”字形结构，第一对开路短线位于第一U型贴片2的开口外侧，且位于第二U型贴片3的开口内，所述第二对开路短线6位于所述第二U型贴片3的开口外侧。还包括与所述主传输线4连接的端口7，所述第二对开路短线的长度大于第一对开路短线。所述的多枝节传输线，通过其二端口网络的ABCD矩阵计算出传输零点的频率；利用该多枝节传输线做为输入级，使天线的增益曲线产生两个频率控制的辐射零点。一种MIMO天线，包括至少两个所述的低剖面双频带滤波贴片天线。所述至少两个低剖面双频带滤波贴片天线共用同一基底，所述至少两个低剖面双频带滤波贴片天线对称地分布在所述基底的中心线两侧。平行设置的每两个低剖面双频带滤波贴片天线相互靠近且通过一解耦合网络隔离。所述解耦合网络包括三条平行设置的指状短路线。所述指状短路线的长度是低频带的四分之一波长。本专利技术的有益效果：通过将较小的第一U型贴片嵌入到较大的第二U型贴片的开口内，可以有效地减小厚度；通过将第一U型贴片作为高频工作模式下馈电结构的一部分来激励第二U型贴片，可以提供两种可分别独立调节的谐波模式；另外，通带附近可以产生目标增益中的4个辐射零点，从而得到准椭圆形的双带响应。附图说明图1是本专利技术实施例提供的低剖面双频带滤波贴片天线的俯视结构示意图；图2A和2B分别是图1所示的天线单元在高频带和低频带的馈电结构示意图；图2C是本专利技术实施例提供的低剖面双频带滤波贴片天线的侧视结构示意图；图3A和3B分别是图1所示的天线单元的等效电路和对应的双端网络的示意图；图4A和4B分别是图3B所示双端网络在不同的参数值Lm1和Lm3下，|S12|仿真值-频率的曲线图；图5是从图1所示的天线单元中提取出来的多枝节传输线的示意图；图6A和6B分别是图5所示的弱耦合双端网络在不同的参数值Lm2和Lm4下，|S12|仿真值-频率的曲线图；图7是图1所示的天线单元在没有第二U型贴片时的反射系数-频率和目标增益-频率的曲线图；图8A、8B和8C分别是不同的设计参数值下，辐射零点1、零点2、零点3的频率变化的示意图；图9A和9B分别是低频带和高频带的中心频率因各自相关设计参数的调节而被独立控制的示意图；图10是天线单元的反射系数和已实现增益的仿真值和测量值(对按照图1和表2制造的实物进行测量)的对比曲线图；图11A、图11B、图11C及图11D分别是1.9GHz和2.6GHz下，天线单元在E平面和H平面的辐射模式的测量值和仿真值的对比示意图；图12是2元MIMO天线的结构示意图；图13是有解耦合网络和无解耦合网络的2元MIMO天线的|S12|仿真值-频率的对比曲线图；图14是4元MIMO天线的S参数测量值-频率的曲线图；图15A、图15B、图15C及图15D分别是1.9GHz和2.6GHz下，4元MIMO天线的天线一在E平面和H平面的辐射模式的测量值的对比示意图；图16A和16B分别是低频带和高频带下，辐射模式的包络相关系数计算值-频率的示意图。具体实施方式下面结合实施例及附图，对本专利技术作进一步地详细说明，但本专利技术的实施方式不限于此。实施例如图1及图2C，是本专利技术实施例提供的低剖面双频带滤波贴片天线的结构示意图。如图所示，低剖面双频带滤波贴片天线包括基底和设置在基底上的接地端GND，例如，图2C中的接地端GND印刷在基底1的下表面上。低剖面双频带滤波贴片天线还包括设置在所述基底1的上表面上的第一U型贴片2、第二U型贴片3和多枝节传输线，所述第一U型贴片2、第二U型贴片3和多枝节传输线均关于天线中轴线对称，所述第一、第二U型贴片2、3的开口方向相同，本实施例中第一、第二U型贴片2、3的开口朝下，第二U型贴片的尺寸大于第一U型贴片，尺寸较小的第一U型贴片2嵌套在尺寸较大的第二U型贴片3的开口内。其中，第一U型贴片2工作在较高频带，第二U型贴片3工作在较低频带。第一个频带是指低频带，第二个频带是指高频带。如图2A所示，当天线单元工作在较高频带时，所述多枝节本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种低剖面双频带滤波贴片天线，包括基底(1)和设置在基底(1)上的接地端(GND)，其特征在于，还包括设置在所述基底(1)上表面的第一U型贴片(2)、第二U型贴片(3)和多枝节传输线，所述第一U型贴片(2)、第二U型贴片(3)和多枝节传输线均关于天线中轴线对称，所述第一、第二U型贴片(2、3)的开口方向相同，第一U型贴片(2)嵌套在第二U型贴片(3)的开口内；当工作在第二个频带时，所述多枝节传输线构成馈电结构；当工作在第一个频带时，所述第一U型贴片(2)和所述多枝节传输线共同构成馈电结构。

【技术特征摘要】
1.一种低剖面双频带滤波贴片天线，包括基底(1)和设置在基底(1)上的接地端(GND)，其特征在于，还包括设置在所述基底(1)上表面的第一U型贴片(2)、第二U型贴片(3)和多枝节传输线，所述第一U型贴片(2)、第二U型贴片(3)和多枝节传输线均关于天线中轴线对称，所述第一、第二U型贴片(2、3)的开口方向相同，第一U型贴片(2)嵌套在第二U型贴片(3)的开口内；当工作在第二个频带时，所述多枝节传输线构成馈电结构；当工作在第一个频带时，所述第一U型贴片(2)和所述多枝节传输线共同构成馈电结构。2.根据权利要求1所述的低剖面双频带滤波贴片天线，其特征在于，所述多枝节传输线包括插入所述第一U型贴片(2)的开口内的主传输线(4)以及第一、第二对开路短线(5、6)，所述主传输线(4)位于所述天线中轴线上，所述第一、第二对开路短线(5、6)分别对称地连接在所述主传输线(4)的两侧。3.根据权利要求2所述的低剖面双频带滤波贴片天线，其特征在于，所述主传输线(4)、第一及第二对开路短线(5、6)构成“土”字形结构，第一对开路短线位于第一U型贴片(2)的开口外侧，且位于第二U型贴片(3)的开口内，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：章秀银，张垚，潘咏梅，段文，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东,44