本發(fā)明涉及電磁兼容與天線技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種雙頻帶濾波天線。

背景技術(shù)：

隨著無線通信技術(shù)的迅速發(fā)展，對現(xiàn)代微波和無線通信系統(tǒng)提出了更高的要求，需要構(gòu)成系統(tǒng)的各部分器件緊湊、成本低、功耗低，而且更為重要的是能夠不受周圍環(huán)境的影響。系統(tǒng)在處理模擬信號時，受到環(huán)境噪聲和器件的電噪聲的影響而導(dǎo)致系統(tǒng)的性能降低。另外，天線和濾波器作為射頻前端的關(guān)鍵器件，性能的好壞和尺寸大小直接影響整個系統(tǒng)的總體性能和體積。將濾波器和天線協(xié)同設(shè)計，并且使其工作在無線局域網(wǎng)WLAN的兩個工作頻段2.4-2.4835GHz和5.25-5.85GHz顯得尤為重要，這樣可以減小系統(tǒng)體積、提升如通帶增益、帶外抑制特性等的系統(tǒng)性能。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種能夠抑制噪聲、改善阻抗特性并展寬帶寬的雙頻帶濾波天線。

根據(jù)本發(fā)明實施例的雙頻帶濾波天線包括：第一基板；位于所述第一基板的上表面上的第一輻射單元、第一雙頻帶濾波器和第一饋線，所述第一雙頻帶濾波器插入所述第一饋線中；與所述第一基板相對的第二基板；位于所述第二基板的下表面上的第二輻射單元、第二雙頻帶濾波器和第二饋線，所述第二雙頻帶濾波器插入所述第二饋線中，所述第一饋線與所述第二饋線重合；位于所述第一基板的下表面與所述第二基板的上表面之間的H形接地板和引向器，所述第一輻射單元與所述第二輻射單元相對于所述第一饋線和所述第二饋線對稱布置，所述第一雙頻帶濾波器與所述第二雙頻帶濾波器重合布置，并且所述第一雙頻帶濾波器和所述第二雙頻帶濾波器通過穿過所述第一基板和所述第二基板的過孔連接至所述H形接地板的所述橫向部分。

所述第一雙頻帶濾波器和所述第二雙頻帶濾波器中的每一個包括：兩個對稱布置的第一1/4波長階躍阻抗諧振器和兩個對稱布置的第二1/4波長階躍阻抗諧振器。

所述第一1/4波長階躍阻抗諧振器包括第一窄段微帶線和第一寬段微帶線，所述第一寬段微帶線沿第一方向延伸，所述第一窄段微帶線依次包括沿與所述第一方向垂直的第二方向延伸的第一段、平行于所述第一方向朝向所述第一寬段微帶線一側(cè)延伸的第二段、平行于所述第二方向朝向所述第一寬段微帶線延伸的第三段以及平行于所述第一方向朝向所述第一段延伸的第四段，所述第四段的長度小于所述第二段的長度，所述第二段的長度小于所述第一寬段微帶線的長度，并且所述第三段的長度小于所述第一段的長度；所述第二1/4波長階躍阻抗諧振器包括第二窄段微帶線和第二寬段微帶線，所述第二寬段微帶線沿所述第一方向延伸，所述第二窄段微帶線包括沿所述第二方向延伸的第一段以及平行于所述第一方向朝向所述第二寬段微帶線一側(cè)延伸的第二段，所述第二窄段微帶線的第二段的長度小于所述第二寬段微帶線的長度；并且所述第二1/4波長階躍阻抗諧振器的第二寬段微帶線與所述第一1/4波長阻抗階躍諧振器的第一寬段微帶線平行布置，并且所述第二窄段微帶線的第一段與所述第一窄段微帶線的第三段鄰近布置。

所述過孔穿過所述第一寬段微帶線的沒有連接至所述第一窄段微帶線連接的末端和所述第二寬段微帶線的沒有連接至所述第二窄段微帶線的末端。

所述H形接地板的豎直部分平行于所述第一方向。

所述第一輻射單元和所述第二輻射單元中的每一個包括平行于所述第一方向的長偶極子和短偶極子。

所述長偶極子的一端進(jìn)行朝向所述第一雙頻帶濾波器和所述第二雙頻帶濾波器的兩次90度向內(nèi)彎折。

附圖說明

圖1是根據(jù)本發(fā)明實施例的雙頻帶濾波天線的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是圖1所示雙頻帶濾波天線中的雙頻帶濾波器的仰視圖和俯視圖；

圖3是圖1所示雙頻帶濾波天線中的輻射單元的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4示出根據(jù)本發(fā)明實施例的雙頻帶濾波天線的S11的頻率特性；

圖5a和圖5b示出根據(jù)本發(fā)明實施例的雙頻帶濾波天線的兩個頻帶的頻率特性；并且

圖6a和圖6b示出根據(jù)本發(fā)明實施例的雙頻帶濾波天線的兩個頻帶內(nèi)的輻射特性。

具體實施方式

以下參考附圖詳細(xì)描述根據(jù)本發(fā)明實施例的雙頻帶濾波天線。

圖1是根據(jù)本發(fā)明實施例的雙頻帶濾波天線的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，根據(jù)本發(fā)明實施例的雙頻帶濾波天線包括第一基板151和與第一基板151相對的第二基板152。第一基板151的上表面上形成有第一輻射單元121、第一雙頻帶濾波器111和第一饋線101，第一雙頻帶濾波器111插入第一饋線101中。第二基板152的下表面上形成有第二輻射單元122、第二雙頻帶濾波器112和第二饋線102，第二雙頻帶濾波器112插入在第二饋線102中。

第一饋線101與第二饋線102彼此重合。第一雙頻帶濾波器111和第二雙頻帶濾波器112也重疊布置，并通過穿過第一基板151和第二基板152的過孔連接至H形接地板14的橫向部分。第一輻射單元121和第二輻射單元122相對于饋線101和102對稱布置。

第一基板151和第二基板152可以是由絕緣材料形成的介質(zhì)基板。作為一個示例，第一基板151和第二基板152可以是環(huán)氧玻璃纖維板，其介電常數(shù)是4.4，并且厚度為0.8mm。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，這僅僅是一個示例，第一基板151和第二基板152都可以采用其他材料，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)具體需要進(jìn)行具體的選擇。

第一輻射單元121、第一雙頻帶濾波器111、第二輻射單元122、第二雙頻帶濾波器112以及饋線101和102可以是形成在介質(zhì)基板的表面上的導(dǎo)電材料。作為一個示例，第一輻射單元121、第一雙頻帶濾波器111、第二輻射單元122、第二雙頻帶濾波器112以及饋線101和102可以由35μm厚的銅箔形成在介質(zhì)基板的表面上。

H形接地板14形成在第一基板151的下表面與第二基板152的上表面之間接地板14可以是H形接地板。H形接地板14的豎直部分平行于輻射單元121和122，其橫向部分與連接雙頻帶濾波器111和112的過孔相連接。H形接地板充當(dāng)輻射單元121和122的反射器。

根據(jù)本發(fā)明實施例的雙頻帶濾波天線還包括位于第一基板151的下表面與第二基板152的上表面之間的引向器13。引向器13位于輻射單元121和122的與雙頻帶濾波器111和112相對的一側(cè)上，平行于輻射單元121和122。

第一輻射單元121、第一饋線101、H形接地板14與引向器13構(gòu)成第一端射天線。第二輻射單元122、第二饋線102、H形接地板14與引向器13一起構(gòu)成第二端射天線。H形接地板既作為第一天線和第二天線的反射器，又充當(dāng)雙頻帶濾波器111和112的接地板。

引向器13與充當(dāng)反射器的H形接地板一起用于改善根據(jù)本發(fā)明實施例的雙頻帶濾波天線的增益。

根據(jù)圖1所示的雙頻帶濾波天線，將饋線101和102、雙頻帶濾波器111和112以及輻射單元121和122蝕刻在介質(zhì)基板151和152的上下表面，形成雙邊平行帶線結(jié)構(gòu)，在基板151和152之間插入引向器13和H形接地板14，使根據(jù)本發(fā)明實施例的雙頻帶濾波天線能夠工作在差分模式。將雙頻帶濾波器111和112分別插入輻射單元121和122的饋線101和102中，改善了根據(jù)本發(fā)明實施例的雙頻帶濾波天線的選擇性和阻抗帶寬。

因此，根據(jù)本發(fā)明實施例，通過以差分方式將雙頻帶濾波器插入輻射單元的饋線上，抑制了噪聲，改善了雙頻帶濾波天線的阻抗特性，提高了濾波天線的帶寬，使得該濾波天線可以工作在WLAN的2.21GHz-2.63GHz的第一頻帶和5.21GHz-6.39GHz的第二頻帶，第一頻帶的帶寬達(dá)到了420MHz，并且第二頻帶的帶寬達(dá)到和1180MHz，可以滿足無線局域網(wǎng)WLAN的兩個頻段要求。

H形接地板14既作為第一端射天線和第二端射天線的反射器，又充當(dāng)雙頻帶濾波器111和112的接地板，從而實現(xiàn)了雙頻帶濾波天線的緊湊、低成本、低功耗的設(shè)計。

圖2是圖1所示雙頻帶濾波天線中的雙頻帶濾波器的仰視圖和俯視圖。由于在垂直于基板151和152的表面的方向上看，布置在第一基板151上表面上的第一雙頻帶濾波器111與布置在第二基板152下表面上的第二雙頻帶濾波器112重疊，因此雙頻帶濾波器的仰視圖和俯視圖相同。

如圖2所示，雙頻帶濾波器111和112中的每一個都包括兩個對稱布置的第一1/4波長階躍阻抗諧振器21和兩個對稱布置的第二1/4波長階躍阻抗諧振器22。

下面以右半部分為例進(jìn)行詳細(xì)說明。第一1/4波長階躍阻抗諧振器21包括沿第一方向延伸的第一寬段微帶線210以及向內(nèi)進(jìn)行四次90度彎折的第一窄段微帶線211。第一窄段微帶線211依次包括沿與第一方向垂直的第二方向延伸的第一段2111、平行于第一方向朝向第一寬段微帶線210一側(cè)延伸的第二段2112、平行于第二方向朝向第一寬段微帶線210延伸的第三段2113以及平行于第一方向朝向第一段2111延伸的第四段2114。第四段2114的長度小于第二段2112的長度，第二段2112的長度小于第一寬段微帶線210的長度，并且第三段2113的長度小于第一段2111的長度。通過調(diào)整第一寬段微帶線210和第一窄段微帶線211的長度和寬度可以使第一1/4波長階躍阻抗諧振器21的基本諧振頻率和第一雜散頻率工作在預(yù)設(shè)的兩個頻段。也就是說，第一寬段微帶線210的長度和寬度、第一窄段微帶線211的總長度和寬度以及第一窄段微帶線211各段的長度可以根據(jù)期望的雙頻帶濾波天線的第一頻帶和第二頻帶來確定。

依然以右半部分為例，第二1/4波長阻抗階躍諧振器22包括沿第一方向延伸的第二寬段微帶線220以及向內(nèi)進(jìn)行兩次90度彎折的第二窄段微帶線221。第二窄段微帶線221包括沿第二方向延伸的第一段2211以及平行于第一方向朝向第二寬段微帶線220一側(cè)延伸的第二段2212。第二窄段微帶線221的第二段2212的長度小于第二寬段微帶線220的長度。通過調(diào)整第二寬段微帶線220和第二窄段微帶線221的長度和寬度可以使第二1/4波長階躍阻抗諧振器22的基本諧振頻率工作在第二頻帶。也就是說，第二寬段微帶線220的長度和寬度、第二窄段微帶線221的總長度和寬度以及第二窄段微帶線221各段的長度可以根據(jù)期望的雙頻帶濾波天線的第二頻帶來確定。

第二1/4波長阻抗階躍諧振器22布置在第一1/4波長阻抗階躍諧振器21的內(nèi)側(cè)。具體地說，兩個第二1/4波長阻抗階躍諧振器22的第二寬段微帶線220與兩個第一1/4波長阻抗階躍諧振器21的第一寬段微帶線210平行布置，并且布置在兩個第一1/4波長阻抗階躍諧振器21的第一寬段微帶線210的內(nèi)側(cè)。第二1/4波長阻抗階躍諧振器22的第二窄段微帶線221的第一段2211與第一1/4波長阻抗階躍諧振器21的第一窄段微帶線211的第三段2113鄰近布置。

H形接地板14充當(dāng)雙頻帶濾波器111和112的接地板。用于將雙頻帶濾波器111和112連接至H形接地板14的過孔穿過第一1/4波長阻抗階躍諧振器21的第一寬段微帶線210的沒有連接至第一窄段微帶線211的末端和第二1/4波長阻抗階躍諧振器22的第二寬段微帶線220的沒有連接至第二窄段微帶線221的末端。

通過調(diào)整第一1/4波長階躍阻抗諧振器21的阻抗比和長度比可以使得其諧振在第一頻帶和第二頻帶，通過調(diào)整第二1/4波長階躍阻抗諧振器22的阻抗比和長度比可以使得其諧振在第二頻帶。將第一1/4波長階躍阻抗諧振器21進(jìn)行四次90度向內(nèi)彎折的結(jié)構(gòu)折疊，在內(nèi)部形成一個反饋，使得在第一頻帶外的某些頻率的信號在結(jié)構(gòu)內(nèi)部互相抵消，這樣耦合到輸出的信號就會變?nèi)酰瑥亩诘谝活l帶的外部引入輻射零點，提高了濾波天線在第一頻帶的帶外抑制特性，由此提高了選擇性。輻射零點的頻率與折疊的長度有關(guān)，具體是與第一窄段微帶線211的第四段2114的長度有關(guān)。

另外，將第二1/4波長階躍阻抗諧振器22嵌入第一1/4波長階躍阻抗諧振器21內(nèi)部，引入交叉耦合，能夠在第二頻帶的外部引入兩個輻射零點，提高了濾波天線在第二頻帶的帶外抑制特性，由此改善第二頻帶的選擇性。

通過調(diào)整第一1/4波長階躍阻抗諧振器21和第二1/4波長階躍阻抗諧振器22之間的耦合縫隙和雙頻帶濾波器111和112插入到饋線101和102中的位置可以大大的改善濾波天線的阻抗帶寬。

圖3是圖1所示雙頻帶濾波天線中的端射天線的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖3所示，端射天線包括構(gòu)成第一輻射單元121的長偶極子1211和短偶極子1212、構(gòu)成第二輻射單元的長偶極子1221和短偶極子1222、引向器13、H形接地板14以及饋線101和102。

第一饋線101、長偶極子1211和短偶極子1212位于第一基板151的上表面上，第二饋線102、長偶極子1221和短偶極子1222位于第二基板152的下表面上，H形接地板14和引向器13位于第一基板151的下表面與第二基板152的上表面之間。第一饋線101、第二饋線102以及H形接地板14的橫向部分重合在一起。第一輻射單元121的長偶極子1211和短偶極子1212與第二輻射單元122的長偶極子1221和短偶極子1222相對于饋線101和102對稱地分別設(shè)置在第一基板151的上表面和第二基板152的下表面上。

H形接地板14充當(dāng)端射天線的反射器。

長偶極子1211和1221諧振在第一頻帶，通過朝向雙頻帶濾波器一側(cè)的兩次90度向內(nèi)彎折，可以減小輻射單元121和122的尺寸。短偶極子1212和1222諧振在第二頻帶。

引向器13位于天線的端射方向上，并且位于第一基板151與第二基板152之間，從而與H形接地板14一起共同改善天線的增益。

圖4示出根據(jù)本發(fā)明實施例的雙頻帶濾波天線的S11的頻率特性。在圖4中，橫坐標(biāo)代表頻率變量，單位為GHz，縱坐標(biāo)代表幅度變量，單位為dB。如圖4所示，在回波損耗不高于-10dB的情形下，第一工作頻帶的頻率范圍為2.21GHz-2.63GHz，第二工作頻帶的頻率范圍為5.21GHz-6.39GHz。第一頻帶的帶寬達(dá)到了420MHz，并且第二頻帶的帶寬達(dá)到1180MHz，比現(xiàn)有的濾波天線的帶寬都要寬，可以滿足無線局域網(wǎng)WLAN的兩個頻段要求。

圖5a和圖5b示出根據(jù)本發(fā)明實施例的雙頻帶濾波天線的兩個頻帶的頻率特性。在圖5a和圖5b中，橫坐標(biāo)代表頻率變量，單位為GHz，縱坐標(biāo)代表幅度變量，單位為dBi。如圖5a所示，第一頻帶的增益最大可以達(dá)到3.3dBi。如圖5b所示，第二頻帶的增益最大可達(dá)到3.3dBi。兩個頻帶內(nèi)增益相對比較平坦。而且從圖5a和圖5b可以看出，由于在饋線中插入了濾波器，使得在2.05GHz、4.75GHz和6.95GHz產(chǎn)生了3個輻射零點，提高了雙頻帶濾波天線的選擇性。

圖6a和圖6b示出根據(jù)本發(fā)明實施例的雙頻帶濾波天線的兩個頻帶內(nèi)的輻射特性。圖6a是在2.45GHz的方向圖，圖6b是在5.5GHz的方向圖。如圖6a和圖6b所示，兩個頻率上的輻射方向都是朝著引向器的方向輻射。

綜上所述，根據(jù)本發(fā)明實施例的雙頻帶濾波天線具有以下優(yōu)點：

1、將饋線101和102、雙頻帶濾波器111和112以及輻射單元121和122蝕刻在介質(zhì)基板151和152的上下表面，形成雙邊平行帶線結(jié)構(gòu)，使根據(jù)本發(fā)明實施例的雙頻帶濾波天線能夠工作在差分模式，從而抑制了噪聲。

2、將雙頻帶濾波器111和112分別插入輻射單元121和122的饋線101和102中，改善了根據(jù)本發(fā)明實施例的雙頻帶濾波天線的選擇性和阻抗帶寬。

3、H形接地板14既作為第一端射天線和第二端射天線的反射器，又充當(dāng)雙頻帶濾波器111和112的接地板，從而實現(xiàn)了雙頻帶濾波天線的緊湊、低成本、低功耗的設(shè)計。

4、將雙頻帶濾波器中工作在兩個頻帶的兩個第一1/4波長階躍阻抗諧振器21進(jìn)行四次90度向內(nèi)彎折的結(jié)構(gòu)折疊，在第一頻帶的外部引入輻射零點，提高了雙頻帶濾波天線在第一頻帶的帶外抑制特性，由此提高了第一頻帶的選擇性。

5、將雙頻帶濾波器中的兩個第二1/4波長階躍阻抗諧振器22嵌入第一1/4波長階躍阻抗諧振器21內(nèi)部，引入交叉耦合，能夠在第二頻帶的外部引入兩個輻射零點，提高了雙頻帶濾波天線在第二頻帶的帶外抑制特性，由此改善第二頻帶的選擇性。