[發(fā)明專利]單層寬帶濾波功能融合的高增益CPW差分天線

有效

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• 申請日: 2019-10-30
• 公開（公告）號: CN110768011B
• 公開（公告）日: 2020-08-14
• 發(fā)明（設計）人: 吳永樂;陳瀟瀟;王衛(wèi)民;楊雨豪
• 申請（專利權）人: 北京郵電大學
• 主分類號: H01Q1/48
• 分類號: H01Q1/48;H01Q1/50
• 代理公司: 北京永創(chuàng)新實專利事務所 11121
• 代理人: 冀學軍

1.單層寬帶濾波功能融合的高增益CPW差分天線，其特征在于，構建在單層介質基板上，在介質基板的上層全面覆銅，得到接地金屬；

從介質基板的兩端開始，沿著介質基板的中心線，對接地金屬進行對稱刻蝕，分別得到等長度等寬度的兩段第一耦合縫隙，在兩段第一耦合縫隙的盡頭，分別對稱刻蝕相互平行且尺寸相同的第一對開槽；沿著介質基板的中心線，從第一對開槽處繼續(xù)對稱刻蝕接地金屬，得到等長度等寬度的兩段第二耦合縫隙；在兩段第二耦合縫隙的盡頭，分別對稱刻蝕相互平行且尺寸相同的第二對開槽；最后沿著介質基板的中心線，將第二對開槽通過第三耦合縫隙連通；

三段耦合縫隙與兩對開槽中間貫通；同時，通過刻蝕耦合縫隙在貫通的通道內產生了差分微帶線；差分微帶線包括對稱的兩段，長度分別從介質基板的一端開始，直至到第二對開槽處結束。

2.如權利要求1所述的單層寬帶濾波功能融合的高增益CPW差分天線，其特征在于，所述的第一對開槽和第二對開槽相對平行，長度和寬度均不同，均垂直于介質基板的中心線；產生兩個零點的原理如下：

開路諧振器的ABCD基本矩陣為：

其中，θ是第一對開槽或第二對開槽中任一開槽的一端枝節(jié)的電長度；Z是第一對開槽或第二對開槽中任一開槽的一端枝節(jié)的特性阻抗；兩對開槽的兩端對稱，因此兩端枝節(jié)的電長度θ和特性阻抗Z相同；

開路電路的輸入導納為：諧振時：Y_in＝0，則諧振條件是cotθ＝0，即θ＝45°；當加載開槽時，開槽也就是第一對開槽或第二對開槽的任一開槽的總長為二分之一濾波零點所在頻率對應的波長，兩對開槽的兩端枝節(jié)處于開路狀態(tài)，槽內的電流方向相反，由于兩對開槽結構對稱，所以電流大小相同；此時，天線的能量被反射回去，不會輻射出去；最終在增益曲線上產生了兩個傳輸零點，實現(xiàn)了濾波功能。

3.如權利要求1所述的單層寬帶濾波功能融合的高增益CPW差分天線，其特征在于，所述開槽的具體尺寸設計如下：

首先，計算兩對開槽的總長度L：

c是自由空間中的光速，f是濾波零點處的頻率，ε_e是介質基板的等效介電常數(shù)，ε_r是介質基板的相對介電常數(shù)；

兩對開槽的長度控制零點的頻率，寬度影響天線濾波選擇性和帶寬；提高第二對開槽的寬度，天線S參數(shù)的下邊帶選擇性變差；提高第一對開槽的寬度，天線S參數(shù)的上邊帶向高頻移動，濾波帶寬變寬，但第一對開槽的寬度太寬，上邊帶選擇性會變差；

兩對開槽的位置也相互制約，影響零點的位置，具體表現(xiàn)為：兩對開槽間的距離變大時，上零點向低頻移動，濾波帶寬變窄；

綜合考慮上述影響因素，通過HFSS軟件優(yōu)化來確定兩對開槽的具體尺寸參數(shù)。

4.如權利要求1所述的單層寬帶濾波功能融合的高增益CPW差分天線，其特征在于，所述的三段耦合縫隙的尺寸影響天線的工作帶寬和匹配；

共面波導的特性阻抗是由微帶線的寬度和耦合縫隙的寬度決定的；當兩段微帶線的寬度越寬，其特性阻抗越低；耦合縫隙寬度越寬，其特性阻抗越高；

經過仿真優(yōu)化，結合實際加工精度以及回波損耗特性最終確定耦合縫隙的寬度。

5.如權利要求1所述的單層寬帶濾波功能融合的高增益CPW差分天線，其特征在于，所述的高增益CPW差分天線工作原理如下：

CPW差分天線工作時，給兩段差分微帶線分別饋入幅度相同，但相位相反的差分信號；在上零點，CPW差分天線上的電流主要集中在第一和第二耦合縫隙上，兩對開槽上的電流很弱，其中第一和第二耦合縫隙上的電流方向相反，抵消掉部分能量，天線基本不工作，從而產生了輻射零點；

在下零點，CPW差分天線上的電流主要集中在兩對開槽上，對于任意一個開槽，其兩端枝節(jié)的電流大小相同方向相反，相互抵消，有極少的能量輻射出去，但是在下零點時，天線在開槽枝節(jié)的末端有少部分電流存在，所以其抑制情況較差于上零點。