[发明专利]一种具有滤波特性的微带天线及其设计方法

说明书

一种具有滤波特性的微带天线及其设计方法，微带天线包括圆形微带天线、T‑形谐振器和微带矩形开口环谐振器，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。设计方法包括设计满足三阶切比雪夫耦合带通滤波器要求的谐振频率，设计T‑形谐振器与微带矩形开口环谐振器之间的耦合系数，以及设计满足滤波器对圆形微带天线的品质因数的要求。本发明微带天线结构紧凑，不仅具有类似传统带通滤波器的频率滤波特性，而且通带内天线增益平坦，辐射特性较好；在工作频带外具有很好的带外抑制特性，能够有效隔离带外的干扰信号。

技术领域

本发明属于电磁兼容与天线技术领域，具体涉及一种具有滤波特性的微带天线及其设计方法。

背景技术

随着现代无线局域网、移动媒体设备等各类无线通信系统的快速发展，无线通信频段变得越来越拥挤，从而造成无线通信信号传输质量恶化，系统易受到干扰等问题，为了应对这样的挑战，对无线通信系统天线的滤波特性提出了较高要求。为了保证无线通信系统具有高传输质量、高数据传输速率、以及小型化的特点，要求作为信号辐射与接收的天线具有较好频率滤波特性、紧凑结构、以及低成本特点。

通过对已开展具有滤波特性天线研究进行总结，发现主要使用以下两种技术。第一种技术是利用多个辐射器之间的耦合作用，获得天线的滤波特性，例如微带贴片天线利用四层贴片相互耦合产生谐振，得到了具有滤波特性的微带天线，但是这种设计方法对设计者的工程经验依赖性较高，不适于拓展推广，通用性相对较差。第二种技术是引入额外的变换结构，获得天线的滤波特性，例如在滤波器和天线之间设计一个额外的阻抗变换结构，获得了较好的阻抗带宽和滤波特性，然而这种变换结构增加了整个系统的复杂性，包括增加了它的重量、尺寸和损耗。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，针对现有无线通信系统存在的上述不足，提供一种具有滤波特性的微带天线及其设计方法，该微带天线结构紧凑，不仅具有类似传统带通滤波器的频率滤波特性，而且通带内天线增益平坦，辐射特性较好；在工作频带外具有很好的带外抑制特性，能够有效隔离带外的干扰信号。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：

一种具有滤波特性的微带天线，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；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(左右对称)；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。

设计的参考三阶切比雪夫耦合带通滤波器由三个微带矩形开口环谐振器组成，其中第一个微带矩形开口环谐振器作为具有滤波特性微带天线的微带矩形开口环谐振器。

本发明还提供了一种上述具有滤波特性的微带天线的设计方法，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(从而实现圆形微带天线既为辐射结构的同时，也为三阶切比雪夫耦合带通滤波器的最后一个谐振器)。