具有双辐射零值的滤波介质谐振器天线制造技术

本发明专利技术提出了一种具有双辐射零值的滤波介质谐振器天线，主要解决现有滤波贴片天线存在表面波损耗和欧姆损耗的问题。其包括介质基板(3)、金属地板(4)、微带馈线(5)和短路过孔(6)，金属地板和微带馈线印制在介质基板的上下表面，通过短路过孔连接构成馈电结构：金属地板的上方依次固定有第二介质板(2)和第一介质块(1)，第一介质块作为辐射体，第二介质板实现辐射体与馈电结构的良好匹配；金属地板表面刻有两个大小相同的阶梯形缝隙(7)和(8)，用于缝隙耦合馈电，避免寄生辐射的影响，本发明专利技术在保持高增益的情况下，具有良好的带外抑制能力，且避免了表面波损耗，提高了天线辐射效率，可用于C波段内无线信号的接收与发射。

Filtered dielectric resonator antenna with dual radiation zeros

The invention provides a filter dielectric resonator antenna with dual zero radiation value, which mainly solves the problems of surface wave loss and ohmic loss existing in the existing filter patch antenna. It includes dielectric substrate (3), metal floor (4), microstrip feeder (5) and short-circuit through-hole (6). The metal floor and microstrip feeder are printed on the upper and lower surfaces of the dielectric substrate. The feeding structure is formed by connecting the short-circuit through-hole. The second dielectric plate (2) and the first dielectric block (1) are fixed on the top of the metal floor in turn. The first dielectric block acts as a radiator, and the second dielectric plate realizes the radiator and the feeding structure. The metal floor surface is engraved with two stepped slots (7) and (8) of the same size, which are used for slot coupling feeding to avoid parasitic radiation. The invention has good out-of-band suppression ability while maintaining high gain, avoids surface wave loss and improves antenna radiation efficiency, and can be used for receiving and transmitting wireless signals in C-band.

【技术实现步骤摘要】
具有双辐射零值的滤波介质谐振器天线
本专利技术属于天线
，特别涉及一种滤波介质谐振器天线，可用于C波段内无线信号的接收与发射。
技术介绍
随着无线通信的快速发展，传统的单一功能的天线已经不能满足无线通信系统日益复杂和多样化的需求。为了适应现代通信设备的发展，滤波天线逐渐得到了人们的重视。自提出滤波天线概念以来，国内外的学者已对滤波天线进行了广泛的研究。在之前较为传统的滤波天线设计中，是将天线单元和滤波单元进行单独的设计，再将二者进行级联，但这种方法难以实现二者之间良好的匹配。为了解决这个问题，需要添加额外的匹配结构以实现天线和滤波单元之间的良好匹配，但这又会使系统结构变得更加复杂，影响着通信系统的尺寸大小和损耗高低。随着移动通信应用的频率日益增高，传统贴片天线固有的表面波损耗和欧姆损耗增加，导致天线辐射效率较低，影响着移动通信系统的性能。介质谐振器天线是一种没有表面波损耗，极小欧姆损耗的天线，因此使用介质谐振器天线能够有效改善移动通信系统的性能。现有的滤波天线主要有两种：第一种是将天线辐射体作为滤波器电路的最后一级谐振单元来实现滤波天线的设计，但该方法设计困难，且滤波器的多级谐振单元会占据较大空间，不利于实现小型化；第二种是在天线的馈电结构或者天线辐射体周围加入一些特殊的寄生结构或谐振结构，通过增加两个或多个辐射零值来实现滤波天线的特性。这种方法虽然不会增加天线的尺寸，符合小型化设计要求，但是会影响天线的匹配，而且滤波性能稍差。上述滤波天线中，大多数是用贴片作为天线的辐射体。中国专利授权号CN109066072A公开了一种宽带滤波天线，该专利技术虽然拥有42％阻抗带宽，但其结构含有五层贴片以及四层介质材料，结构较为复杂。现有的介质谐振器天线采用介质材料作为天线的辐射体，其拥有轻重量，宽频带，辐射效率高和易于激励等优点，但其剖面较高，模式分析困难，若加入一些寄生结构或谐振结构会造成介质谐振器天线匹配恶化，因此较难实现滤波特性。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述滤波贴片天线的固有缺点以及介质谐振器天线难以实现滤波特性的缺点，提出了一种具有双辐射零值的滤波介质谐振器天线，以实现良好的滤波性能，同时提高天线的增益，拓展天线的应用范围。为实现上述目的，本专利技术具有双辐射零值的滤波介质谐振器天线，包括介质基板3、金属地板4和微带馈线5，介质基板3的中心处设有短路过孔6，金属地板4和微带馈线5构成馈电结构，且分别印制在介质基板3的上、下表面，其特征在于：金属地板4的上方依次固定有第二介质板2和第一介质块1，该第一介质块1作为辐射体，第二介质板2实现辐射体与馈电结构的良好的匹配；金属地板4表面的几何中心刻有两个大小相同的阶梯形缝隙7和8，用于进行缝隙耦合馈电，避免寄生辐射的影响；金属地板4与微带馈线5通过短路过孔6短路连接。作为优选，所述第一介质块1、第二介质板2和介质基板3的横截面均为正方形，且三者中心位于同一轴线上。作为优选，所述两个大小相同的阶梯形缝隙7和8，之间设有0.5mm-1.2mm的间距，每个缝隙由两阶矩形构成，且第一阶矩形71的宽度为2.8mm-3.5mm，第二阶矩形72的宽度为0.8mm-1.2mm。作为优选，所述微带馈线5由一段沿x方向的微带线51和一段沿y方向的微带线52组成；沿y方向的微带线52位于介质基板3下表面x方向的中心处；沿x方向的微带线51为沿y方向的微带线52的寄生结构，位于介质基板3下表面的几何中心处，沿x方向的微带线51与沿y方向的微带线52垂直连接，产生滤波性能上的高频辐射零值。作为优选，所述短路过孔6的内壁覆有一层金属，以产生滤波性能上的低频辐射零值。本专利技术与现有技术相比，具有如下优点：1、本专利技术由于采用了介质谐振器作为天线的辐射体，且引入第二介质板2提升天线的匹配性能，激励出介质谐振器的三个工作模式，从而有效地展宽了天线的带宽，并且有效地提高了天线的增益。2、本专利技术采用两个阶梯形缝隙7和8区别于一般缝隙耦合馈电，改变了金属地板4上的电流分布。3、本专利技术无需使用滤波器结构，而是通过引入两个阶梯形缝隙7和8，沿x方向的微带线52和短路过孔6，能够在保持带内较高增益且增益平坦情况下，实现带外滤波特性。4、本专利技术与现有五层贴片以及四层介质材料滤波天线相比，简单结构，易于加工。附图说明图1是本专利技术的整体结构示意图；图2是本专利技术的结构侧视图；图3是本专利技术中的金属地板结构示意图；图4是本专利技术中的微带馈线结构示意图；图5是本专利技术实施例天线的S参数仿真结果图；图6是本专利技术实施例天线的增益参数仿真结果图；图7是本专利技术实施例在5.49GHz下，不同平面的辐射方向图；图8是本专利技术实施例在5.97GHz下，不同平面的辐射方向图；图9是本专利技术实施例在6.56GHz下，不同平面的辐射方向图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术天线作进一步描述。参照图1，本专利技术包括第一介质块1，第二介质板2，介质基板3，金属地板4，微带馈线5，以及印制在金属地板4表面的两个阶梯形缝隙7和8。金属地板4和微带馈线5分别印制在介质基板3的上、下表面；介质基板3的几何中心处设有短路过孔6，金属地板4与微带馈电5通过短路过孔6连接，构成天线的馈电结构；第一介质块1、第二介质板2和介质基板3这三层介质材料从上至下依次固定放置，三者之间无间距且几何中心位于同一轴线上；第一介质块1作为天线的辐射体，第二介质板2实现辐射体与馈电结构间的良好匹配，两个大小相同的阶梯形缝隙7和8用于进行缝隙耦合馈电，有效避免寄生辐射的影响。参照图2，所述第一介质块1的相对介电常数为15，其横截面为边长是L的正方形，高度为h1。第二介质板2的相对介电常数为2.2，其横截面为边长是G的正方形，高度为h2。介质基板3的相对介电常数为3.38，其横截面是边长为G的正方形，高度为h3。其中L的范围为40mm-60mm，h1的范围为2.5mm-3.5mm，G的范围为70mm-80mm，h2的范围为2.5mm-3.5mm，h3的范围为0.6mm-1.2mm。参照图3，所述金属地板4是与介质基板3横截面相同尺寸的正方形。两个大小相同的阶梯形缝隙7和8位于金属地板4的几何中心，每个缝隙由两阶矩形构成，其中第一阶矩形71的长度为ls，宽度为ws，第二阶矩形72的长度为ls0，宽度为ws0。两个阶梯形缝隙7和8之间的距离为S。所述短路过孔6是半径为r，高度与介质基板3高度h3相等的通孔，且该通孔内壁覆有一层金属，以产生滤波性能的低频辐射零值。其中ls的范围为7mm-9mm，ws的范围为2.8mm-3.5mm，ls0的范围为6mm-8mm，ws0的范围为0.8mm-1.2mm，S的取值范围为0.5mm-1.2mm，r的范围为0.1mm-0.4mm。参照图4，所述微带馈电5是由长度为lm，宽度为wm，沿y方向的微带线52和长度为lm0，宽度为wm0，沿x方向的微带线51垂直连接构成。其中沿y方向的微带线52位于介质基板3下表面x方向的中心处，其中沿x方向的微带线51作为沿y方向的微带线52的寄生结构，位于介质基板3下表面的几何中心处，产生滤波性能的高频辐射零值。其中lm的范围为39mm-50mm，wm的范围为2mm-4mm，lm0的范围为5mm-7mm，wm0本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有双辐射零值的滤波介质谐振器天线，包括介质基板(3)、金属地板(4)和微带馈线(5)，介质基板(3)的中心处设有短路过孔(6)，金属地板(4)和微带馈线(5)构成馈电结构，且分别印制在介质基板(3)的上、下表面，其特征在于：金属地板(4)的上方依次固定有第二介质板(2)和第一介质块(1)，该第一介质块(1)作为辐射体，第二介质板(2)实现辐射体与馈电结构的良好的匹配；金属地板(4)表面的几何中心刻有两个大小相同的阶梯形缝隙(7)和(8)，用于进行缝隙耦合馈电，避免寄生辐射的影响；金属地板(4)与微带馈线(5)通过短路过孔(6)短路连接。

【技术特征摘要】
1.一种具有双辐射零值的滤波介质谐振器天线，包括介质基板(3)、金属地板(4)和微带馈线(5)，介质基板(3)的中心处设有短路过孔(6)，金属地板(4)和微带馈线(5)构成馈电结构，且分别印制在介质基板(3)的上、下表面，其特征在于：金属地板(4)的上方依次固定有第二介质板(2)和第一介质块(1)，该第一介质块(1)作为辐射体，第二介质板(2)实现辐射体与馈电结构的良好的匹配；金属地板(4)表面的几何中心刻有两个大小相同的阶梯形缝隙(7)和(8)，用于进行缝隙耦合馈电，避免寄生辐射的影响；金属地板(4)与微带馈线(5)通过短路过孔(6)短路连接。2.根据权利要求1所述的天线，其特征在于：所述第一介质块(1)、第二介质板(2)和介质基板(3)的横截面均为正方形，且三者中心位于同一轴线上。3.根据权利要求1所述的天线，其特征在于：两个大小相同的阶梯形缝隙(7)和(8)，之间设有0.5mm-1.2mm的间距，每个缝隙由两阶矩形构成，且第一阶矩形(71)的宽度为2.8mm-3.5mm，第二阶矩形(72)的宽度为0.8mm-1.2mm。4.根据权利要求1所述的天线，其特征在于：所述微带馈线(5)由一段沿x方向的微带线(51)和一段沿y方向的微带线(52)组成；沿y方向的微带线(52)位于介质基板(3)下表...

【专利技术属性】
技术研发人员：翁子彬，高阳，张立，焦永昌，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61