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专利名称：一种差分馈电的宽带双极化介质谐振器滤波天线

专利类型：发明专利

专利申请号：CN202410904167.4

专利申请（专利权）人：延安大学,德州学院,上海杰盛康通信工程有限公司
权利人地址：陕西省延安市宝塔区杨家岭

专利发明（设计）人：发明人:杨鹏举,司毅,刘金海,吴瑞,李姗姗,张曰刚,张寒军

专利摘要：本发明公开了一种差分馈电的宽带双极化介质谐振器滤波天线，涉及介质谐振器天线技术领域，包括介质谐振器、金属地板、介质基板、金属辐射贴片、金属耦合贴片、短路金属柱以及馈电结构；其中，介质谐振器平行设置于金属地板的上方、介质基板的下方；介质基板的上表面设有四个方形金属辐射贴片和四个金属耦合贴片，从而与介质谐振器产生电磁耦合作用；短路金属柱的上端穿过介质基板与各自对应的金属耦合贴片相连，下端均与金属地板连接；馈电结构包括四个同轴馈电线，用于将电磁信号传输至介质谐振器。本发明可在天线的工作频带外的高频处产生多个辐射增益零点，从而形成较好的辐射增益滤波效果，很好地解决了与高频段天线间的射频电磁干扰问题。

主权利要求：
1.一种差分馈电的宽带双极化介质谐振器滤波天线，其特征在于：包括介质谐振器、金属地板、介质基板、金属辐射贴片、金属耦合贴片、短路金属柱以及馈电结构；
所述介质基板平行设置于金属地板上方，所述介质谐振器平行设置于金属地板的上方、介质基板的下方，介质基板与金属地板的垂直距离为介质谐振器的高度；介质谐振器的几何中心与介质基板的几何中心在垂直投影方向重合；
介质基板的上表面设有四个方形金属辐射贴片和四个金属耦合贴片，四个方形金属辐射贴片呈矩形阵列排布并关于介质基板的几何中心中心对称；四个金属耦合贴片分别接近于介质基板的四个角设置呈矩形阵列排布，并关于介质基板的几何中心旋转对称，从而与介质谐振器产生电磁耦合作用；
短路金属柱为四个，每个短路金属柱的上端分别穿过介质基板与各自对应的金属耦合贴片相连，每个短路金属柱的下端均与所述金属地板连接；
馈电结构包括四个同轴馈电线，用于将电磁信号传输至介质谐振器；
所述四个金属耦合贴片的形状为多边形；金属耦合贴片为一个大正方形一角裁掉小正方形的形状；
四个所述短路金属柱彼此平行地设置在介质基板和金属地板之间，每个短路金属柱与对应金属耦合贴片的连接位置一致，四个短路金属柱关于介质基板的中心旋转对称。
2.根据权利要求1所述的一种差分馈电的宽带双极化介质谐振器滤波天线，其特征在于：所述四个同轴馈电线彼此平行地设置在介质基板和金属地板之间，同轴馈电线的外皮与金属地板相连，同轴馈电线的内芯通过金属地板上的对应通孔与介质谐振器表面相连；
四个同轴馈电线的末端与金属地板的连接处形成四个馈电端口，相对称的两个馈电端口按
180度相位差进行差分馈电形成第一差分端口，另外一对对称馈电端口按180度相位差进行差分馈电形成第二差分端口。
3.根据权利要求1所述的一种差分馈电的宽带双极化介质谐振器滤波天线，其特征在于：所述介质谐振器为陶瓷氧化铝材料，形状为交叉十字型或其它中心对称结构。
4.根据权利要求1所述的一种差分馈电的宽带双极化介质谐振器滤波天线，其特征在于：所述介质基板采用FR?4或F4B材料制作。 说明书 : 一种差分馈电的宽带双极化介质谐振器滤波天线技术领域[0001] 本发明涉及介质谐振器天线技术领域，具体涉及一种差分馈电的宽带双极化介质谐振器滤波天线。背景技术[0002] 双极化天线是无线通信系统中至关重要的射频组件，位于收发系统的最前沿。随着无线通信设备不断追求集成化和紧凑化，射频前端的外部电磁干扰问题愈发突出。这种干扰大幅降低了信噪比，导致电磁环境日益复杂和严峻。为了有效抑制不同频段的射频收发系统受到的空间电磁干扰，具备频域滤波功能的滤波天线已成为天线设计的首选。然而，在常规的双极化天线设计中，设计师们通常只聚焦天线在工作频带内的辐射性能，却忽略了工作频带外的收发抑制效果。因此，为满足当前及未来各类无线通信系统对射频前端的严苛要求，需要设计出一种新型双极化天线，它不仅需要具备增益滤波特性，还应能有效抑制工作频带外的辐射，这样的天线将是未来无线通信系统的关键所在。[0003] 现有的天线设计均是通过在馈线中引入滤波器结构来实现其功能，但这种做法不仅增大了天线的整体尺寸，还不可避免地带来了额外的传输损耗。此外，这些天线多数极化类型单一，工作带宽也相对较窄，辐射零点个数少，增益滤波效果不够理想。综合考虑，需要设计出自身就具备滤波功能的宽带双极化天线，以满足无线通信应用中对于天线带外抑制特性的严苛要求。发明内容[0004] 本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种差分馈电的宽带双极化介质谐振器滤波天线，解决现有滤波天线工作频带窄、传输损耗大、极化单一等问题。[0005] 本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：[0006] 一种差分馈电的宽带双极化介质谐振器滤波天线，包括介质谐振器、金属地板、介质基板、金属辐射贴片、金属耦合贴片、短路金属柱以及馈电结构；[0007] 所述介质基板平行设置于金属地板上方，所述介质谐振器平行设置于金属地板的上方、介质基板的下方，介质基板与金属地板的垂直距离为介质谐振器的高度；介质谐振器的几何中心与介质基板的几何中心在垂直投影方向重合；[0008] 介质基板的上表面设有四个方形金属辐射贴片和四个金属耦合贴片，四个方形金属辐射贴片呈矩形阵列排布并关于介质基板的几何中心中心对称；四个金属耦合贴片分别接近于介质基板的四个角设置呈矩形阵列排布，并关于介质基板的几何中心旋转对称，从而与介质谐振器产生电磁耦合作用；[0009] 短路金属柱为四个，每个短路金属柱的上端分别穿过介质基板与各自对应的金属耦合贴片相连，每个短路金属柱的下端均与所述金属地板连接；[0010] 馈电结构包括四个同轴馈电线，用于将电磁信号传输至介质谐振器。[0011] 进一步地，所述四个同轴馈电线彼此平行地设置在介质基板和金属地板之间，同轴馈电线的外皮与金属地板相连，同轴馈电线的内芯通过金属地板上的对应通孔与介质谐振器表面相连；四个同轴馈电线的末端与金属地板的连接处形成四个馈电端口，相对称的两个馈电端口按180度相位差进行差分馈电形成第一差分端口，另外一对对称馈电端口按180度相位差进行差分馈电形成第二差分端口。[0012] 进一步地，所述介质谐振器为陶瓷氧化铝材料，形状为交叉十字型或其它中心对称结构。[0013] 进一步地，所述四个金属耦合贴片的形状为多边形。[0014] 进一步地，四个所述短路金属柱彼此平行地设置在介质基板和金属地板之间，每个短路金属柱与对应金属耦合贴片的连接位置一致，四个短路金属柱关于介质基板的中心旋转对称。[0015] 进一步地，所述介质基板采用FR?4或F4B材料制作。[0016] 本发明的有益效果是：[0017] 1）本发明采用的介质谐振器在天线的工作频带外的高频处产生一个辐射增益零点，从而形成较好的辐射增益滤波效果，可以很好地解决与高频段天线间的射频电磁干扰问题。[0018] 2）本发明采用的四个金属辐射贴片在天线的工作频带外的高频处产生一个辐射增益零点，从而形成较好的辐射增益滤波效果，可以很好地解决与高频段天线间的射频电磁干扰问题。[0019] 3）本发明采用的四个金属耦合贴片与四个短路金属柱在天线的工作频带外的低频与高频处各产生一个辐射增益零点，从而形成较好的辐射增益滤波效果，可以很好地解决与高频段天线间的射频电磁干扰问题。附图说明[0020] 图1为本发明的立体结构透视示意图；[0021] 图2为本发明的介质基板上表面俯视图；[0022] 图3为本发明的侧向剖面示意图；[0023] 图4为本发明的介质谐振器示意图；[0024] 图5为天线差分馈电的电压驻波比随频率变化曲线图；[0025] 图6为天线差分馈电的辐射增益随频率变化曲线图；[0026] 图中，1?金属地板，2?介质基板，3?介质谐振器，4?金属辐射贴片，5?第一同轴馈电线，6?第二同轴馈电线，7?第三同轴馈电线，8?第四同轴馈电线，9?金属耦合贴片，10?短路金属柱。具体实施方式[0027] 下面将结合实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。[0028] 在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。[0029] 同时在本发明的描述中，需要说明的是，术语中的“上、下、内和外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。[0030] 本发明中除非另有明确的规定和限定，术语“安装、相连、连接”应做广义理解，例如：可以是固定连接、可拆卸连接或一体式连接：同样可以是机械连接、电连接或直接连接，也可以通过中间媒介间接相连，也可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。[0031] 参阅图1?图6，本发明提供一种技术方案：[0032] 如图1所示，本实施例提供了一种差分馈电的宽带双极化介质谐振器滤波天线的具体结构，包括金属地板1、介质基板2、介质谐振器3、金属辐射贴片4、金属耦合贴片9、短路金属柱10以及馈电结构；[0033] 所述介质基板2平行设置于金属地板1上方，所述介质谐振器3平行设置于金属地板1的上方、介质基板2的下方，介质基板2与金属地板1的垂直距离为介质谐振器3的高度；介质谐振器3的几何中心与介质基板2的几何中心在垂直投影方向重合；[0034] 本实施例中，金属地板1长为110mm，宽为110mm，介质基板2的介电常数为2.65；介质基板2的长度为110mm，宽度为110mm，厚度为0.8mm，介质基板2与金属地板1间空气间隙高度为15.5mm。[0035] 介质基板2的上表面设有四个方形金属辐射贴片4和四个金属耦合贴片9，四个方形金属辐射贴片4呈矩形阵列排布并关于介质基板2的几何中心中心对称，四个金属耦合贴片9分别接近于介质基板2的四个角设置呈矩形阵列排布，并关于介质基板2的几何中心旋转对称，从而与介质谐振器3产生电磁耦合作用。[0036] 所述四个金属耦合贴片的形状为多边形，在本实施例中，如图2，金属耦合贴片9为一个大正方形一角裁掉小正方形的形状，其大正方形边长大约为11mm。[0037] 本实施例中，短路金属柱10为四个，每个短路金属柱10的上端分别穿过介质基板2与各自对应的金属耦合贴片9相连，每个短路金属柱10的下端均与所述金属地板1连接；四个短路金属柱10彼此平行地设置在介质基板2和金属地板1之间，每个短路金属柱10与对应金属耦合贴片9的连接位置一致，四个短路金属柱10关于介质基板2的中心旋转对称。[0038] 本实施例中，馈电结构包括四个同轴馈电线，用于将电磁信号传输至介质谐振器3。如图1和图3所示，四个同轴馈电线具体为第一同轴馈电线5、第二同轴馈电线6、第三同轴馈电线7、第四同轴馈电线8，四个同轴馈电线彼此平行地设置在介质基板2和金属地板1之间，同轴馈电线的外皮与金属地板相连，同轴馈电线的内芯通过金属地板上的对应通孔与介质谐振器表面相连；在本实施例中，四个同轴馈电线的内导体伸出的长度约为15mm。[0039] 四个同轴馈电线的末端与金属地板的连接处形成四个馈电端口，相对称的两个馈电端口按180度相位差进行差分馈电形成第一差分端口，另外一对对称馈电端口按180度相位差进行差分馈电形成第二差分端口。在本实施例中，第一同轴馈电线5和第二同轴馈电线6对称，它们对应的两个馈电端口形成第一差分端口，其余两个馈电端口即为第二差分端口。[0040] 当然，该馈电结构不仅仅限于本实施例采用的结构，其还可以采用平面印刷巴伦或其它形式的馈电结构替代。[0041] 作为低成本优。鼋橹市痴衿魑沾裳趸敛牧，形状为交叉十字型或其它中心对称结构。本实施例中，介质谐振器3优选为十字交叉型立体结构，对称部分的长度为48mm，宽度为1.8mm，高度为15.5mm。[0042] 本实施例中，金属地板1采用金属材料制作；介质基板2可以是任意低损耗介质材料，作为低成本优。话悴捎肍R?4、F4B等材料。[0043] 图5为本实施例中天线的差分端口馈电时的电压驻波比曲线图。由于天线结构及差分端口完全对称，所以两对端口的仿真结果完全一致，因此本实施例中只给出其中一对差分端口馈电的结果。可以看出，本实施例中天线电压驻波比小于2的带宽为60.3%（2.55?4.75GHz），可以覆盖较宽的4G及5G通信频段。[0044] 图6为本实施例中天线的差分端口馈电时的辐射增益变化曲线图。由于天线结构及差分端口完全对称，所以两对端口的仿真结果完全一致，因此本实施例中只给出其中一对差分端口馈电的结果。可以看出，本发明天线在工作频带内的增益为7.4±1.1dBi。在工作频带外增益衰落较为明显，形成了很好的增益滤波效果。此外，该天线在低于2GHz时的辐射增益最高为?11.9dBi，在高于5GHz时的辐射增益最高为?9.6dBi，因此可以对5GNR与4GLTE频段中的多个通信频带形成较好的增益抑制效果。[0045] 以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

专利地区：陕西

专利申请日期：2024-07-08

专利公开日期：2024-10-22

专利公告号：CN118448867B