[發明專利]單層寬帶濾波功能融合的高增益CPW差分天線

有效

• 申請號: 201911045982.5
• 申請日: 2019-10-30
• 公開（公告）號: CN110768011B
• 公開（公告）日: 2020-08-14
• 發明（設計）人: 吳永樂;陳瀟瀟;王衛民;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: 北京永創新實專利事務所 11121
• 代理人: 冀學軍

本發明公開了單層寬帶濾波功能融合的高增益CPW差分天線，屬于微波天線技術領域。該差分天線構建在單層介質基板上，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，并在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。本發明減少了通信系統的尺寸，適用于更多高性能系統的設計。

技術領域

本發明屬于微波天線技術領域，涉及濾波天線，具體是單層寬帶濾波功能融合的高增益CPW差分天線。

背景技術

近年來，對于濾波天線的研究越來越熱門。濾波天線將濾波器和天線協同設計，解決了天線和濾波器獨立設計帶來的阻抗難匹配的問題，并且可以減小系統體積和降低成本等。

在現代微波和無線通信系統中，相比于單端天線，差分天線和其他射頻器件連接時避免使用了額外的巴倫，從而減小了系統的體積、可以有效提高系統性能。天線作為通訊設備的最后一級，即輻射單元，需要電路饋電，饋電方式包括同軸線饋電、微帶線饋電和共面波導(CPW)饋電。相較于其他兩種饋電方式，CPW饋電的天線具有體積小、結構簡單、以及易于集成的優點。

目前已有CPW差分饋電或差分饋電的天線被研究，研究的重點要么放在超寬帶陷波天線，并沒有濾波功能，要么沒有濾波零點的產生，且其結構都較復雜。因此，若能夠將差分CPW饋電和濾波天線結合起來，就能夠減小濾波天線的整體尺寸，同時還可以保證濾波天線能夠繼承濾波器和天線各自的特性，同時差分饋電可以減少系統的損耗，提高天線的增益。

發明內容

本發明設計了一種單層寬帶濾波功能融合的高增益CPW差分天線，通過在接地金屬上開兩對相互平行但尺寸不同的矩形槽，產生兩個零點，通過調節開槽的尺寸，實現濾波零點的可調，提高了天線的濾波選擇性；同時通過調節介質基板的厚度可實現工作頻率可調。本發明結構簡單，濾波帶寬寬，通過差分饋電，有效利用天線空間，使天線具有高增益的特性。

所述的單層寬帶濾波功能融合的高增益CPW差分天線，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。

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；

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。

所述的第一對開槽和第二對開槽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的特性阻抗；兩對開槽的兩端對稱，因此兩端枝節的電長度θ和特性阻抗Z相同。