[发明专利]一种具有滤波特性的微带天线及其设计方法

权利要求书

1.一种具有滤波特性的微带天线，其特征在于，包括圆形微带天线、T-形谐振器和微带矩形开口环谐振器，所述微带矩形开口环谐振器为根据耦合带通滤波器综合方法设计的参考的三阶切比雪夫耦合带通滤波器中的一个谐振器，微带矩形开口环谐振器位于T-形谐振器的正下方；所述T-形谐振器由沿x轴分布的水平臂和沿y轴分布的垂直臂组成，水平臂以垂直臂为对称轴；所述圆形微带天线设置一个矩形切口，T-形谐振器沿y轴分布的垂直臂插入圆形微带天线的矩形切口内，T-形谐振器沿x轴分布的水平臂靠近微带矩形开口环谐振器设置。

2.一种上述权利要求1所述的具有滤波特性的微带天线的设计方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)微带矩形开口环谐振器的设计，利用耦合带通滤波器综合方法设计一款带内0.1dB等波纹，中心频率为2.45GHz，阻抗带宽为10％的三阶切比雪夫耦合带通滤波器，三阶切比雪夫耦合带通滤波器由三个矩形开口环谐振器组成，其中一个矩形开口环谐振器作为微带矩形开口环谐振器；

(2)T-形谐振器的设计，设计满足三阶切比雪夫耦合带通滤波器要求的谐振频率、以及设计T-形谐振器与微带矩形开口环谐振器之间所需的耦合系数；

(3)圆形微带天线的设计，设计满足三阶切比雪夫耦合带通滤波器要求的谐振频率，将T-形谐振器沿y轴分布的垂直臂插入圆形微带天线的矩形切口内，获得圆形微带天线与T-形谐振器之间所需的耦合系数，同时还设计满足三阶切比雪夫耦合带通滤波器对圆形微带天线的品质因数的要求。

3.如权利要求2所述的具有滤波特性的微带天线的设计方法，其特征在于，所述步骤(1)中，三阶切比雪夫耦合带通滤波器的三个矩形开口环谐振器间的耦合系数为k₁₂＝k₂₃＝0.092，其中k₁₂为第一矩形开口环谐振器与第二矩形开口环谐振器之间的耦合系数、k₂₃为第二矩形开口环谐振器与第三矩形开口环谐振器之间的耦合系数，三阶切比雪夫耦合带通滤波器的输入/输出端的外部品质因数为Q_ext,1＝Q_ext,2＝10.3，三阶切比雪夫耦合带通滤波器的第一个矩形开口环谐振器作为微带天线的微带矩形开口环谐振器，印制在厚度为1mm、介电常数为ε_r＝2.65、长×宽尺寸为L×W的介质材料板上。

4.如权利要求2所述的具有滤波特性的微带天线的设计方法，其特征在于，所述步骤(2)中，T-形谐振器的水平臂的臂长为l₁、臂宽为W₂；T-形谐振器的垂直臂的臂长为l₂、臂宽为W₂，l₁+l₂为工作频段中心频率所对应波长的四分之一。

5.如权利要求2所述的具有滤波特性的微带天线的设计方法，其特征在于，所述步骤(2)中，T-形谐振器的水平臂与矩形开口环谐振器之间的间距为S₂，通过改变S₂大小调节T-形谐振器与微带矩形开口环谐振器之间的耦合系数。

6.如权利要求4所述的具有滤波特性的微带天线的设计方法，其特征在于，所述步骤(3)中，圆形微带天线与T-形谐振器之间的耦合系数，主要由T-形谐振器沿y轴分布的垂直臂插入圆形微带天线的矩形切口深度(l₂-S₃)和垂直臂与矩形切口之间间距S₄调节，其中S₃为T-形谐振器沿x轴分布的水平臂与矩形切口之间间距。

7.如权利要求2所述的具有滤波特性的微带天线的设计方法，其特征在于，所述步骤(3)中，圆形微带天线的谐振频率由圆形微带天线的半径R决定，圆形微带天线的品质因数Q_A采用下式计算

式中Z_in是圆形微带天线馈电点处的输入阻抗，w为角频率变量，w₀为中心频率对应的角频率；

通过改变圆形微带天线的矩形切口的深度，调节圆形微带天线的输入阻抗Z_in，进而调节圆形微带天线的品质因数Q_A。