[发明专利]基于交叉耦合结构的紧凑型宽带滤波天线及其MIMO天线

说明书

本发明公开了一种基于交叉耦合结构的小型化宽带滤波天线及由其构成的紧凑型MIMO滤波天线，属于微波天线技术领域。本发明所述的滤波天线包括尺寸相同且紧密贴合的第一介质基板、金属地板、下层第二介质基板，所述第一介质基板上表面中心设置有一个矩形金属贴片和两个围绕在矩形金属贴片周围的U型寄生贴片，所述第二介质基板的上表面为带有两条缝隙的金属地板，介质基板下表面为带有两条横向枝节和短路钉的终端弯折开路微带馈电结构；将滤波天线作为单元组成了2×2的MIMO天线；本发明所述MIMO滤波天线结构紧凑，在带宽、尺寸、和滤波性能上都具有明显的优势。

技术领域

本发明属于微波天线技术领域，具体涉及一种基于交叉耦合结构的小型化宽带滤波天线及紧凑型MIMO滤波天线。

背景技术

滤波天线将滤波器和天线集成在一起，不仅同时具有辐射和滤波特性，而且结构紧凑。若将其应用于大规模MIMO系统，不仅可以提升系统的通信性能，还可以更好地实现系统的小型化。

近年来，国内外学者对滤波天线及其在MIMO系统中的应用进行了研究。2017年，X.Y.Zhang等人在IEEE Trans.Antennas Propag.(vol.65,no.1,pp.103-113,Jan.2017)上发表了题为“Low-Profile Dual-Band Filtering Patch Antenna and Its Applicationto LTE MIMO System”的文章，利用微带天线跟滤波电路串联，实现了具有滤波特性的双频天线，天线的增益为6.7dBi/7.3dBi，在两个频带的左右两侧各有一个辐射零点产生。由其构成的MIMO天线单元边缘间距为0.15λ_L(λ_L为低频带中心频率对应的波长)，同时由于单个滤波天线的尺寸较大，约为0.51λ_L×0.63λ_L/0.7λ_H×0.87λ_H(λ_H为高频带中心频率对应的波长)，因此在一定的空间内能够放置的天线数量受到了限制。

2018年，H.W.Deng等人在IEEE Antennas Wireless Propag.Lett.(vol.17,no.12,pp.2498-2502,Dec.2018)上发表了题为“Closely spaced broadband MIMOdifferential filtering slotline antenna With CM suppression”的文章，利用地板上的缝隙作为辐射单元，同时采用双模谐振器作为馈电结构，实现了具有较好带外抑制度的滤波天线，天线带宽25％，增益为3.3dBi，天线单元的边缘距离为0.05λ₀(λ₀为中心频率对应的波长)时隔离度为16dB，但是滤波天线单元的尺寸仍然较大，接近λ₀×λ₀。

2019年，J.F.Qian等人在IEEE Trans.Antennas Propag.(vol.67,no.1,pp.654-658,Jan.2019)上发表了题为“A wide stopband filtering patch antenna and itsapplication in MIMO system”的文章，利用平行耦合线作为馈电结构，设计了具有高次谐波抑制作用的滤波天线，增益为2.59dBi，滤波天线单元的尺寸约为0.4λ₀×0.4λ₀，当MIMO天线单元边缘间距为0.098λ₀时，隔离度为26.5dBi，但是该天线的工作带宽仅为3.2％。

随着大规模MIMO系统朝着紧凑型和小型化方向的发展，基于以上技术实现的滤波天线难以同时满足带宽和尺寸的要求。

发明内容

本发明的目的是克服上述现有技术的缺陷，提供一种基于交叉耦合结构的小型化宽带滤波天线及由其组成的紧凑型MIMO滤波天线。本发明所述天线通过在天线中构造不同的耦合路径，在紧凑的结构下实现了宽带和滤波性能。