[发明专利]基于滤波巴伦的多层结构集成滤波天线

说明书

本发明公开了一种基于滤波巴伦的多层结构集成滤波天线，主要解决传统单层微带结构的滤波天线体积较大的问题。其包括介质基板、滤波部分和辐射单元。介质基板包括两层微带介质基板和金属地面；滤波部分包括输入端口、位于介质基板左侧的滤波巴伦，以及与其相连的两个输出端口；滤波巴伦包括刻蚀在上层介质基板上的两个面对面的C形二阶阶梯阻抗谐振器和刻蚀在下层介质基板上表面的两个背靠背的C形二阶阶梯阻抗谐振器；辐射单元刻蚀在上层介质基板的上表面，其包括两条的微带线，两个蝶形印刷偶极子和一个引向器。本发明具有结构紧凑、带宽宽、频率边缘选择性高和带外抑制好的优点，可用于无线通信系统射频前端。

技术领域

本发明属于微波器件技术领域，特别涉及多层结构集成滤波天线，可用于无线通信系统射频前端。

背景技术

近年来，无线通信技术的发展越来越迅速，人们对通信系统的性能和体积方面的要求也越来越高，各微波通信元器件的性能越来越朝着多功能化和集成化方向发展，外形方面也越来越朝着小型化、轻便化方向发展。

无线通信系统是由发送设备、接收设备和无线信道三大部分组成的，利用无线电磁波，以实现信息和数据传输的系统。它根据工作频段或传输手段分类，可以分为中波通信、短波通信、超短波通信、微波通信和卫星通信。天线和滤波器

是无线通信系统中两个不可或缺的部件，其中天线负责将高频电振荡变成电磁波向传输媒质辐射和将空间传播到其上的电磁波转换为高频电振荡。滤波器负责从工作频段中选出我们所感兴趣的频段。作为射频前端电路最重要的两个元器件，天线和滤波器的尺寸和性能对整个系统的通信质量起着至关重要的作用。

最开始的滤波器天线设计方法是分别单独设计滤波器和天线，然后通过在二者之间添加与之相匹配的网络或结构，使得天线与滤波器之间的反射减小阻抗更加匹配。然而这种方法也存在许多弊端，如增加了系统设计的工作量，不匹配可能会引起系统性能的恶化，同时也会增加系统尺寸。

近年来,许多学者探索出了一体化设计滤波天线的方法。这套综合设计方法着眼于天线和滤波器的整体性能，依据带通滤波器的综合方法，用天线代替滤波器的最后一级谐振器和负载阻抗，使得天线在起辐射作用的同时也充当滤波器的谐振单元，从而构成一体化结构紧凑的滤波天线。

2015年，J.Shi和X.Wu在IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters期刊(vol.14,pp.1573–1576,2015)上发表了“A Compact Differential Filtering Quasi-Yagi Antenna With High Frequency Selectivity and Low Cross-PolarizationLevels”，论文中提出了一种具有滤波响应的差分准八木天线，但是辐射器没有作为滤波器的谐振器，这不利于减小尺寸和降低损耗。

2015年，C.X.Mao和S.Gao等人在IEEE Transactions Antennas and Propagation期刊(Vol.63,No.12,2015,pp.5492–5499.)上发表了“Integrated Filtering Antennawith Controllable Frequency Bandwidth”，论文中滤波器和天线的集成设计拓宽了带宽，提高了频率选择性和获得了更平坦的增益，然而，额外的滤波电路被引入到天线馈电网络中，导致了插入损耗增大。