一种基于介质谐振器的滤波天线阵列制造技术

本发明专利技术公开了一种基于介质谐振器的滤波天线阵列。所述滤波天线阵列由下至上包括介质基板和金属接地面；介质基板下表面安装有馈电机构；金属接地面中设置有缝隙；金属接地面上表面安装有排成一列的第一辐射单元、第二辐射单元以及第三辐射单元；第一辐射单元和第二辐射单元之间通过第一介质桥连接，第二辐射单元和第三辐射单元之间通过第二介质桥连接；第一介质桥和第二介质桥的下表面贴于金属接地面的上表面。本发明专利技术在不引入额外滤波电路或滤波元件的基础上，通过金属寄生条的谐振以及馈电结构中金属微带线的半波长特性，获得了良好的滤波功能，同时阵列结构简单，易于实现和拓展，可应用于滤波天线阵列领域。可应用于滤波天线阵列领域。可应用于滤波天线阵列领域。

【技术实现步骤摘要】
一种基于介质谐振器的滤波天线阵列


[0001]本专利技术涉及天线
，尤其涉及一种基于介质谐振器的滤波天线阵列。

技术介绍

[0002]目前，现代无线通信系统正朝着小型化、集成化、多功能的方向发展。因此，对天线和带通滤波器等微波器件进行集成设计具有重要意义，它可以消除两者之间的过渡，比传统的分立设计具有更紧凑的尺寸、更低的插入损耗和更好的整体性能。另一方面，长距离点对点通信需要高增益、指向性、窄波束的天线阵列。因此，除滤波天线单元外，滤波阵列近年来也受到越来越多的关注。
[0003]目前滤波阵列的实现方法大致分为三种：第一种是在馈电网络中集成滤波功能，即滤波馈电网络激励传统的辐射单元；第二种是在辐射单元中引入滤波功能，即传统的滤波网络激励有滤波效果的辐射单元；第三种是滤波融合设计，这种设计不需要额外的滤波电路/元件，从天线阵列整体考虑，引入简单的寄生结构或谐振结构实现阵列的滤波功能。
[0004]目前滤波天线阵列的研究主要集中在贴片天线领域，对现有技术进行分析，具体如下：在文章“An integrated filtering antenna array with high selectivity and harmonics suppression”中，作者采用上述第一种方法设计的滤波贴片天线阵列采用滤波馈电网络激励4个贴片单元，实现了良好的滤波效果，但由于滤波馈电网络的复杂性，该天线的增益比非滤波的天线阵列更低，并且复杂的馈电结构导致阵列的可拓展性较差。关于第二种方法，在文章“Dual
‑
band base station array using filtering antenna elements for mutual coupling suppression”中，通过在辐射单元上引入滤波功能实现了整个阵列的频率选择性，阵列的结构也比较简单。但由于馈电网络没有滤波效果，所以整个阵列的滤波性能较差。最近，在文章“Compact single
‑
and dual
‑
band filtering patch antenna arrays using novel feeding scheme”和“Compact filtering patch antenna arrays for marine communications”中作者利用馈线或单元拓扑的固有特性通过融合集成滤波功能的方法实现了滤波贴片阵列。这种设计可以归纳为上述的第三种方法，无需使用复杂的滤波电路就可以获得良好的滤波响应，因此可以使结构、增益和效率几乎与传统的非滤波阵列相同。然而，两个贴片阵列的带宽都非常有限，约为5％。
[0005]介质谐振器天线(DRA)作为一种由介质材料组成的三维天线，相对于贴片天线来说，具有宽带宽、损耗低、效率高、灵活性强等优点，可以解决贴片阵列带宽窄的局限。近年来，人们提出了一些具有良好辐射和滤波性能的滤波介质谐振器天线。然而，它们都是基于单元的设计，一般具有大约6dBi的低增益。到目前为止，还没有滤波介质谐振器天线阵列的研究。
[0006]总的来说，上述提到的基于前两种方法实现的天线阵列有着各自的优缺点，但第三种融合设计的方法可以综合两种方法的优势；另一方面，介质谐振器天线在天线阵列研究领域具有结构灵活、宽带、低损耗的自身优势，因此针对目前的研究现状来看，采用融合滤波的思路设计一款基于介质谐振器的滤波天线阵列具有重要意义。

技术实现思路

[0007]为了实现上述研究目标，本专利技术的目的是提供一种基于介质谐振器的滤波天线阵列，该天线结构简单，具有良好的滤波效果，并且单元数量可以拓展。
[0008]本专利技术的技术方案至少通过如下技术方案之一实现。
[0009]一种基于介质谐振器的滤波天线阵列，由下至上包括介质基板和金属接地面；
[0010]介质基板下表面安装有馈电机构；
[0011]金属接地面中设置有缝隙；
[0012]金属接地面上表面安装有排成一列的第一辐射单元、第二辐射单元以及第三辐射单元；
[0013]第一辐射单元和第二辐射单元之间通过第一介质桥连接，第二辐射单元和第三辐射单元之间通过第二介质桥连接；
[0014]第一介质桥和第二介质桥的下表面贴于金属接地面的上表面。
[0015]滤波天线阵列通过金属接地面中的缝隙进行孔径耦合激励第二辐射单元，然后第二辐射单元通过放置在第二介质谐振器两侧的第一介质桥和第二介质桥对第一辐射单元和第三辐射单元进行馈电，这样整个滤波天线阵列被有效激发，并且通过设置介质桥的合适长度三个辐射单元可以实现同相激励。
[0016]进一步地，馈电机构包括一个阶梯状金属微带线，放置在第一辐射单元、第二辐射单元以及第三辐射单元和第一介质桥以及第二介质桥的正下方，阶梯状的设计用于实现天线阵列更好的阻抗匹配。
[0017]进一步地，第一辐射单元包括第一介质谐振器；
[0018]第二辐射单元包括第二介质谐振器以及第一金属寄生条和第二金属寄生条；
[0019]第三辐射单元包括第三介质谐振器；
[0020]第一介质桥包括第四介质谐振器和第一金属贴片。
[0021]进一步地，第二介质桥包括第五介质谐振器和第二金属贴片；
[0022]第四介质谐振器和第五介质谐振器的下表面贴于金属接地面的上表面，上表面分别设置有第一金属贴片和第二金属贴片。
[0023]进一步地，第一金属寄生条和第二金属寄生条分别设置于第二辐射单元相对于第一辐射单元和第三辐射单元的侧面表面中心；
[0024]第一金属寄生条连接第一金属贴片，第二金属寄生条连接第二金属贴片。
[0025]第一金属寄生条和第二金属寄生条以及介质桥上第一金属贴片和第二金属贴片对辐射单元的不同加载效果使得阵列在通带内产生了三个谐振，在辐射单元中均表现为TE
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模式。
[0026]第一金属寄生条和第二金属寄生条的谐振使得该滤波天线阵列在通带左侧引入了一个辐射零点，而通带右边的零点则是利用微带馈电的半波长特性获得。
[0027]进一步地，缝隙为长方形缝隙，缝隙的作用是将能量从馈电结构耦合到第一辐射单元、第二辐射单元以及第三辐射单元；
[0028]缝隙的位置在第二介质谐振器的底面的下方。
[0029]进一步地，第一介质谐振器、第二介质谐振器以及第三介质谐振器大小相同。
[0030]进一步地，第四介质谐振器和第五介质谐振器大小相同。
[0031]进一步地，第一介质谐振器、第二介质谐振器、第三介质谐振器、第四介质谐振器和第五介质谐振器的介电常数和宽度均相同。
[0032]进一步地，第一金属贴片和第二金属贴片的尺寸正好覆盖第四介质谐振器和第五介质谐振器的上表面，这种结构适用于辐射单元间的能量传输。
[0033]相比于现有技术，本专利技术的有益效果是：
[0034]本专利技术在中间辐射单元的介质谐振器侧面中心位置安本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于介质谐振器的滤波天线阵列，其特征在于，由下至上包括介质基板(1)和金属接地面(3)；介质基板(1)下表面安装有馈电机构(2)；金属接地面(3)中设置有缝隙(4)；金属接地面(3)上表面安装有排成一列的第一辐射单元、第二辐射单元以及第三辐射单元；第一辐射单元和第二辐射单元之间通过第一介质桥连接，第二辐射单元和第三辐射单元之间通过第二介质桥连接；第一介质桥和第二介质桥的下表面贴于金属接地面(3)的上表面。2.根据权利要求1所述的一种基于介质谐振器的滤波天线阵列，其特征在于，馈电机构(2)包括一个阶梯状金属微带线，放置在第一辐射单元、第二辐射单元以及第三辐射单元和第一介质桥以及第二介质桥的正下方。3.根据权利要求1所述的一种基于介质谐振器的滤波天线阵列，其特征在于，第一辐射单元包括第一介质谐振器(71)；第二辐射单元包括第二介质谐振器(72)以及第一金属寄生条(61)和第二金属寄生条(62)；第三辐射单元包括第三介质谐振器(73)；第一介质桥包括第四介质谐振器(51)和第一金属贴片(81)。4.根据权利要求1所述的一种基于介质谐振器的滤波天线阵列，其特征在于，第二介质桥包括第五介质谐振器(52)和第二金属贴片(82)；第四介质谐振器(51)和第五介质谐振器(52)的下表面贴于金属接地面(3)的上表面，上表面分别设置有第一金属贴片(81)和第二金属贴片(82)。5.根据权利要求4所述的一种基于介质谐振器的滤波天线阵...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘咏梅，赵晨曦，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：