[发明专利]滤波天线

说明书

本发明提供一种滤波天线，包括平面印刷天线模块，其中，所述平面印刷天线模块包括：第一介质板；印制于第一介质板上表面的辐射单元；安置在第一介质板下方的第二介质板；印制于第二介质板下表面的地板；双层滤波组件；其中，所述双层滤波组件作为天线馈线的一部分，连接在天线馈线与辐射单元之间。本发明的滤波天线，可以解决现有小型化滤波天线带外抑制频带过窄的问题。

技术领域

本发明属于天线技术领域，涉及一种滤波天线，尤其涉及一种可用于射频识别、雷达及无线通信在复杂电磁环境下电磁波的接收和发射的滤波天线。

背景技术

近年来，无线通信系统发生了翻天覆地的变化，各式各样的新技术不断涌现并快速进入商用。自4G牌照正式发放以来，当前在国内通用的通信系统标准主要有：全球移动通信系统(GSM)、分布式控制系统(DCS)、个人手持式电话系统(PHS)、码分多址2000(CDMA2000)、时分同步码分多址(TD－SCDMA)、宽带码分多址(WCDMA)、分时长期演进(TD－LTE)、频分长期演进(FDD－LTE)等。无线通信设备逐渐朝着轻便化、低价格和高性能的方向发展。

作为射频前端电路最重要的两个无源元器件，滤波器和天线的设计一直是学者们研究的重点和热点。一方面，性能良好的滤波器可以滤除不需要的信号，在振荡、放大、倍频和混频电路得到广泛应用。针对巴特沃兹、切比雪夫等经典的滤波器综合理论已经十分成熟。伴随高频结构仿真(HFSS)、计算机仿真技术(CST)等电磁仿真软件的广泛应用，滤波器的设计变得越来越便捷，微带滤波器的发展尤为迅速。另一方面，设计优良的天线可以作为传感器、变换器、辐射器、换能器。发射天线将传输线上的电信号转化成电磁波并将其发射到自由空间中；接收天线则接收自由空间中的入射电磁波，然后将其转化成电信号在传输线上传播。传统设计方法中，滤波器和天线作为两个独立子系统级联于射频前端电路，有的系统还需要巴伦完成单端信号与差分信号的转换。为了消除端口之间的影响，通常由同轴线、波导或微带传输线连接。这种分立器件级联的方式可能造成滤波器和天线端口不匹配，严重影响天线的辐射效率和方向性，同时由于匹配电路的存在，使得电路变得复杂，尺寸和损耗变大。

如果将天线和滤波器进行集成设计成滤波天线，使得天线具有辐射和滤波功能，可以有效减小三维封装尺寸和面积，进一步实现无线通信系统的小型化。将天线和滤波器作为整体器件设计成滤波天线，滤波天线不仅具有辐射、阻抗匹配、滤波和平衡转换功能，而且可以减小电路尺寸使系统结构更加紧凑，具有重要的实用价值，而宽带外抑制效果可使天线在复杂电磁环境中的工作性能更加稳定。因此国内外研究者们对滤波天线进行了深入的研究，例如Neema C Babu和Sreedevi K Menon于2016年在美国电气和电子工程师协会会议论文(IEEE Conference Publications)上发表的论文“基于用于无线保真应用的滤波器天线的开环谐振器的设计”(“Design of an Open Loop Resonator based FilterAntenna for WiFi Applications”)中设计了一款耦合型带通滤波器，并基于此设计了一款滤波天线，其具有结构简单且小型化的特点，其在工作频点附近具有良好的滤波效果，但是其带外抑制仅为不到2个倍频，没有达到宽带抑制的效果；又如Guang－Hua Sun，Sai－Wai Wong，Lei Zhu，和Qing－Xin Chu于2016年在美国电气和电子工程师协会天线和无线传播期刊(IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters)上发表的论文“具有良好抑制上谐波带的紧凑型印刷滤波天线”(“A Compact Printed Filtering Antenna WithGood Suppression of Upper Harmonic Band”)中设计了一款基于宽阻带低通滤波器的滤波天线，其工作中心频率为2.9GHz，在14GHz内都达到了良好的带外抑制效果，但是其滤波结构的尺寸大，作为馈线加入天线结构后，使天线的整体尺寸更大，无法实现小型化的特性，限制了其应用范围。

发明内容