一种宽带圆极化的滤波混合天线制造技术

本发明专利技术公开一种宽带圆极化的滤波混合天线，包括：接地板，介质基板，倒L型金属条，介质容器，微带馈线，C型微带枝节，U型槽，“十”字交叉槽。所述倒L型金属通过旋转放置在金属地上，构造了四个旋转对称的二分之一波长的水平电流，实现了圆极化特性。所述介质容器内部注入介质液体乙酸乙酯，通过交叉槽耦合馈电，实现圆极化介质谐振器天线。本发明专利技术通过在微带线上设计一个U型槽和C型微带枝节引入两个辐射零点，从而在无需额外电路的情况下实现滤波功能。因此，本发明专利技术将液体和固体材料结合实现了一个宽带圆极化滤波天线。该混合型天线结构简单，具有良好的圆极化性能和滤波响应，在无线通信领域具有巨大的发展前景。通信领域具有巨大的发展前景。通信领域具有巨大的发展前景。

【技术实现步骤摘要】
一种宽带圆极化的滤波混合天线


[0001]本专利技术属于无线通信
，涉及一种宽带圆极化的滤波混合天线，具体是一种用液体与固体材料构造的宽带圆极化滤波混合天线。

技术介绍

[0002]随着现代通信的发展，低功耗、高集成度、多功能成为一种发展趋势。作为射频前端的两个重要器件：天线和滤波器，在传统的设计中是先分别独立设计，再通过匹配电路将二者进行级联。独立设计再级联的方法易引起阻抗失配问题，同时增加了整体前端尺寸，且滤波器的损耗不可避免，降低了天线的辐射性能。为了避免这些问题，研究者们提出将天线和滤波器协同设计在一个模块中，即滤波天线。这种设计有效的降低了射频前端的尺寸和损耗，提高了整体性能。
[0003]相比于线性极化(LP)天线，圆极化(CP)天线本身具有抗多径干扰的特性，被广泛应用于射频识别(RFID)系统、全球定位系统、卫星通信/导航系统等各类移动通信系统中。从馈电方式上来看，实现圆极化天线的方法主要分为单馈法和多馈法，通过激励起两个幅度相等，相位差为90
°
的正交模来实现圆极化特性。单馈圆极化天线由于其加工简单，成本低廉，受到普遍关注，但是轴比带宽较窄，已不能满足现如今无线通信系统的大容量、高速率的需求。为了提高带宽，研究者们研究了一些拓宽带宽的技术，例如加载寄生单元或缝隙，激励新的谐振点或者高次模来拓宽带宽。
[0004]目前，已经报道了许多种液体天线，包括海水单极子天线、液体介质贴片天线、液体介质谐振器天线等。应用最广泛的液体材料是水，主要是因为水的成本低、易于获得。但随着频率增大，水的损耗也增大，为了更好的辐射性能通常应用在低频段(f<2GHz)，且液态水对温度很敏感，当温度低于0℃，变成固体冰，电磁特性和物理尺寸都会受到改变。而乙酸乙酯是一种液态有机溶剂，其相对介电常数约为7，损耗正切<0.04。在热效应方面，乙酸乙酯性能稳定，其冰点低于
‑
20℃。因此，利用乙酸乙酯制作的液体介质天线也将在未来的无线通信系统中发挥重要作用。
[0005]综上可见，克服现有单馈圆极化天线带宽窄的问题，利用新型液体材料研究一种多功能宽带透明的滤波天线具有巨大的发展前景。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是针对克服现有技术的不足，提出一种辐射效率高、带宽宽、结构简单的圆极化滤波天线。该天线在工作频率覆盖1.37GHz～2.05GHz，具有稳定的增益和较宽的圆极化带宽，且不需要额外的滤波电路即可实现带通滤波的功能。
[0007]为实现上述目的，本专利技术所提供的技术方案为：
[0008]一种宽带圆极化滤波混合天线，包括：
[0009]介质基板；
[0010]金属地板，位于介质基板上方；
[0011]微带馈线，位于介质基板下方；
[0012]C型微带枝节，位于介质基板下方；
[0013]介质容器，位于介质基板上方，用于盛放介质液体；
[0014]呈中心对称的四个不接触的倒L型金属条，位于介质容器四周且不与介质容器接触；
[0015]其中：
[0016]所述金属地板中间蚀刻两条不同长度的正交槽，形成“十”字型交叉槽；通过“十”字型交叉槽耦合馈电，激发出两个振幅相等、相位差为90
°
的正交模，实现一个圆极化波；
[0017]四个倒L型金属条的一端接金属地板，构造了四个旋转对称的二分之一波长的水平电流，实现圆极化特性；
[0018]所述C型微带枝节与微带馈线正交，且其开口朝外；
[0019]作为优选，所述介质容器为长方体结构，上方开孔便于注入液体；
[0020]作为优选，所述介质基板为方形，大小与金属地相同；
[0021]作为优选，微带馈线分为三个部分匹配天线，具体依次包括50Ω传输线、第一微带线、第二微带线；第一微带线的线宽大于第二微带线；
[0022]作为优选，50Ω传输线内蚀刻一个U型槽，用于在低频处引入一个零值；
[0023]作为优选，C型微带枝节由一个直臂和两弯曲臂组成，直臂与第一微带线垂直，用于在高频处引入一个零值；
[0024]作为优选，倒L型金属条由短臂和长臂组成，短臂与金属地垂直，长臂与金属地平行且两者间留有空气层，且长臂与介质容器侧面平行设置；
[0025]作为优选，所述介质容器的材质为聚氯乙烯(PVC塑料)，介电常数ε
r
为2.7，损耗角正切tanδ＝0.007；
[0026]作为优选，所述中间介质容器盛放的介质液体为乙酸乙酯，相对介电常数ε
r
为6.6，损耗角正切tanδ＝0.02；
[0027]作为优选，所述L型金属条长臂为λ/2，短臂为λ/4；其中λ指代自由空间波长；
[0028]作为优选，所述金属地板的大小为0.85λ0×
0.85λ0；介质容器的长、宽均为0.34λ0，高度为0.23λ0，厚度为0.011λ0；其中λ0指代天线的中心频率的工作波长。
[0029]本专利技术与现有天线相比，其具有的有益效果是：
[0030]1、本专利技术通过旋转对称放置四个倒L型金属条，构造了四个旋转对称的二分之一波长的水平电流，实现了圆极化特性。
[0031]2、本专利技术通过不等长的两个缝隙耦合馈电液体介质谐振器，实现了圆极化特性，拓展了整体天线的轴比带宽，同时可通过改变液体的高度，实现轴比带宽的调节，满足不同系统对工作带宽的需求。
[0032]3、本专利技术在微带馈线上设计一个U型槽和C型微带枝节，在不需要额外滤波电路的情况下实现了滤波功能，并且可以通过调节U型槽和C型微带枝节的长度独立调谐每个零点的频率。
[0033]4、本专利技术在性能上有很大的提高。在工作频段内，阻抗带宽可达40％，增益稳定在7.5dBi以上，圆极化的轴比带宽达38.8％。
附图说明
[0034]图1是本专利技术的立体结构示意图；
[0035]图2是本专利技术的侧视结构示意图；
[0036]图3是本专利技术的俯视结构示意图；
[0037]图4是本专利技术的微带线和交叉槽示意图；
[0038]图5是本专利技术的|S
11
|反射系数曲线图；
[0039]图6是本专利技术有无滤波效果的增益曲线对比图；
[0040]图7是本专利技术仅有液体DR或仅有倒L型金属天线的AR曲线图；
[0041]图8是本专利技术天线辐射效率曲线图和混合天线的AR曲线图；
[0042]图9是本专利技术工作在频率为1.5GHz的辐射方向图；其中(a)是时的主极化和交叉极化方向图，(b)是时的主极化和交叉极化方向图；
[0043]图10是本专利技术工作在频率为1.7GHz的辐射方向图；其中(a)是时的主极化和交叉极化方向图，(b)是时的主极化和交叉极化方向图；
[0044]图11是本专利技术工作在频率为2GHz的辐射方向图；其中(a)是时的主极化和交叉极化方向图，(b)是时的主极化和交本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种宽带圆极化的滤波混合天线，其特征在于包括：介质基板；金属地板，位于介质基板上方；微带馈线，位于介质基板下方；C型微带枝节，位于介质基板下方；介质容器，位于介质基板上方，用于盛放介质液体；呈中心对称的四个不接触的倒L型金属条，位于介质容器四周且不与介质容器接触；其中：所述金属地板中间蚀刻两条不同长度的正交槽，形成“十”字型交叉槽；通过“十”字型交叉槽耦合馈电，激发出两个振幅相等、相位差为90
°
的正交模，实现一个圆极化波；四个倒L型金属条的一端接金属地板，构造了四个旋转对称的二分之一波长的水平电流，实现圆极化特性；所述C型微带枝节与微带馈线正交，且其开口朝外。2.如权利要求1所述的一种宽带圆极化的滤波混合天线，其特征在于所述介质容器为长方体结构，上方开孔便于注入液体介质。3.如权利要求1所述的一种宽带圆极化的滤波混合天线，其特征在于微带馈线分为三个部分匹配天线，具体依次包括50Ω传输线、第一微带线、第二微带线；第一微带线的线宽大于第二微带线。4.如权利要求3所述的一种宽带圆极化的滤波混合天线，其特征在于50Ω传输线内蚀刻一个U型槽，用于在低频处引入一个零值。5.如权利要求1所述的一种宽带...

【专利技术属性】
技术研发人员：钱雅惠，谢书敏，罗国清，蔡本庚，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学，
类型：发明
国别省市：