[发明专利]一种低剖面、宽带、高增益滤波天线

说明书

本发明公开一种低剖面、宽带、高增益滤波天线。天线包括电磁超表面辐射体和馈电部分。所述的电磁超表面由非均匀的电小单元组成，作为高效的辐射器，增加了天线的带宽和增益。同时能够产生辐射零点，调节通带上边缘的滚降度，提高频率选择性。该天线创造性地使用分离的微带耦合缝隙馈电，并在微带和地板间引入金属过孔，保证了低频阻带良好的滤波效果，提高了通带下边沿的滚降度。本发明创造性地设计具有滤波效果的电磁超表面并将其应用到滤波天线，天线结构简单，未使用复杂的滤波电路，高度仅0.06λ₀，10dB阻抗带宽28.4%，天线损耗低，效率高达95%，带内平均增益8.2dBi。带外抑制超过20dB，具有很宽的阻带。

技术领域

本发明涉及无线移动通信领域的天线，特别涉及一种可应用于移动通信基站等射频终端的低剖面、宽带、高增益滤波天线。

背景技术

无线通信系统中，多功能电路模块以其尺寸小、整体性能好的优势受到广泛关注。天线和滤波器是射频前端两个不可或缺的元件。通常，天线和滤波器是作为两个元件进行独立设计，然后将它们分别匹配到50Ω标准端口，再将二者级联。如此以来，使得整个模块尺寸增加，这对于空间有限的射频前端是不利的。又由于滤波器和天线的带宽往往不是完全一致的，导致滤波效果受到影响。而且滤波器的损耗又不可避免，往往导致整个模块辐射效率降低，天线的增益相对较低。为了克服这些问题，滤波器和天线集成为一个模块被提出。

现在大多数滤波器和天线的集成方案选择协同设计，在这种方案中天线和滤波器直接连接，不用再分别匹配到50Ω标准端口。协同设计减小了模块尺寸，避免了匹配到标准端口引起的损耗。虽然滤波器和天线的协同设计在一定程度上改善了模块性能，但是由于滤波器的损耗不可避免，导致天线增益相对较低。特别是对于宽带设计，需要多阶谐振器，往往导致损耗更严重。

现阶段很少有天线设计能够具有较好的滤波效果又不使用复杂的滤波电路。此外，很多应用需要滤波天线具有较宽的带宽和相对较高的增益。

发明内容

本发明克服了现有技术存在的不足，采用滤波器和天线融合设计的理论，提供一种可应用于移动通信基站等射频终端的低剖面、宽带、高增益滤波天线。

本发明的目的至少通过如下技术方案之一实现。

一种低剖面、宽带、高增益滤波天线，其包括第一介质基板以及第一介质基板上表面蚀刻的辐射体，第一介质基板和第二介质基板之间的地板，第二介质基板以及第二介质基板下表面蚀刻的馈电微带；辐射体采用电磁超表面结构；构成电磁超表面的电单元数量为N_x×N_y，电单元按直角坐标系x，y排布，N_x,N_y分别代表直角坐标x,y方向的电单元个数， N_x取正整数，N_y取大于或等于4的偶数，y轴方向上的电单元之间大小不统一，外侧电单元比内侧电单元在y轴方向上尺寸大；对于N_y＝4时，外侧电单元的长度是内侧电单元的1～2倍；位于辐射体中心的下方，在地板中央沿着x轴方向，有一条被分离为两段的缝隙，两段缝隙之间的间距可调节，抑制低频谐振；两段缝隙总长度约为中心频率对应波长的一半；缝隙采用阶梯状结构获得更好的阻抗匹配；第二介质基板的下表面蚀刻有十字形的微带线；金属过孔连接馈电微带和地板，此结构能在低频通带边沿产生辐射零点；距离馈电微带末端约1/4λ_g的位置伸出枝节，枝节长度可调，此结构能抑制高频谐振。

进一步地，所述电磁超表面的电单元形状为长方形、圆形、椭圆形、环状或者等效变形。

进一步地，将电磁超表面应用到滤波天线中，采用尺寸不一致的电单元，辐射体外侧的电单元在一个方向上比内侧的电单元尺寸大，其不同的尺寸用来调节辐射零点的频率，调节通带上边缘的滚降度。

进一步地，所述缝隙还能被分成多段缝隙，抑制低频谐振。