小型滤波天线的制作方法

本发明属于天线技术领域，特别涉及一种小型滤波天线，可用于无线移动通信系统中无限信号的发射与接收。

背景技术：

天线作为无线通信系统中重要的部件，不仅可以辐射或者接收有用的射频信号，而且对于不在其工作频段内的其他无用或者有害信号，天线也会进行无差别的辐射或者接收。在某些情况下，这种不利因素会对天线发射和接收系统造成较大的干扰。同时，随着移动通信的迅猛发展，作为无线通信系统中重要组成部分的天线，其设计技术也随着系统技术的演进而不断发展和提高。天线小型化的需求愈发迫切，已经成为了未来天线的发展趋势。

为了消除无用或有害信号对通信系统的干扰，通常在天线的馈电网络加入滤波器来过滤这些信号，这不仅增加了系统的复杂度，也增加了成本。Neema C Babu和Sreedevi K Menon在2016年国际会议上提出的“Design of an Open Loop Resonator Based Filtering Antenna for WiFi Applications”中将一个带通滤波器串联在微带天线上，实现了滤波特性，然而造成了增加了系统的复杂度，也没有实现天线的小型化。这些不利因素将会极大影响到无线通信的效果。

技术实现要素：

本发明的目的在于提出一种小型滤波天线，用于解决现有滤波天线尺寸大的问题。

本发明的技术关键是：通过将滤波器嵌入到天线之中，并与天线共同谐振，实现其小型化。整个天线包括:辐射振子1、馈电微带线2、滤波器3、介质板4和馈电端口5，辐射振子1包括左辐射片11、右辐射片12和矩形金属片13，其特征在于：

左辐射片11、右辐射片12和矩形金属片13印制在介质板4的上层；馈电微带线2和滤波器3均印制在介质板4的下层；

馈电微带线2采用倒“L”形结构；

滤波器3位于左辐射片11与右辐射片12之间，且靠近于馈电微带线2的左侧，并与馈电微带线2的底部相连。

进一步，倒“L”形结构，是由一段弯折的横金属线和倒“T”形竖金属线依次连接组成，其中，横金属线的线宽W1为0.2-1mm，线长L1为3-7mm；竖金属线较宽的线宽W2为0.6-1.2mm，线长L2为0.5-1.2mm；竖金属线较细的线宽W3为0.1-0.3mm，线长L3为2-6mm。

进一步，左辐射片11与右辐射片12结构相同，且它们的底部均与矩形金属片13相连，该左右辐射片11，12均为由一横一竖的两个矩形片组成的倒“L”形结构，其横矩形片的宽度W4为1-4mm，长度L4为10-15mm；竖矩形片的宽度W5为1-3mm，长度L5为8-10mm；该矩形金属片13高度H1为1-2mm，宽度W6为4-10mm，且W6>W5。

进一步，所述滤波器3由一段弯折的金属线和一个矩形片组成,该弯折的金属线的长L6为4-7mm，线宽W7＝W3；该矩形片的高度H2为1.1-1.4mm，宽度W8为0.8-1.6mm。

进一步，所述介质板4采用“T”形结构，该介质板4横板的长度L7为30-50mm，且L7>L4，宽度W9为2-5mm，且W9>W4；竖板长度L8为9-11mm，且L8>L5，宽度W10＝W6；该介质板厚度H3为0.2-1mm。

进一步，馈电端口5分别与右辐射片12和馈电微带线2相连。

本发明与现有技术相比，具有如下优点：

1、本发明由于将滤波器3限制在左辐射片11与右辐射片12之间，且靠近于馈电微带线2的左侧的区域内，并连接在馈电微带线之上，无需增加新的空间和馈电线长度，实现了天线的小型化。

2、本发明由于采用的滤波器3是在天线工作带外产生谐振，使得滤波天线具有2个倍频的带外抑制特性。

附图说明

图1为本发明的整体结构图；

图2为本发明三种实施例的回波损耗S11仿真图；

图3为本发明三种实施例的增益仿真图；

图4为本发明实施例1在2.9GHz处的方向图；

图5为本发明实施例2在2.7GHz处的方向图；

图6为本发明实施例3在3.1GHz处的方向图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例，对本发明的目的、技术方案和技术效果作进一步描述，应该理解此处描述的具体实施例仅用于对本发明的解释，不视为对本发明的限制。

参见图1，以下给出三种实施例，其中图1a为本发明的整体结构图，图1b为本发明的参数标注图，图1c为本发明的侧视图。

实施例1：中心频率在2.9GHz的天线结构与参数。

本实例的小型滤波天线包括，辐射振子1、馈电微带线2、滤波器3、介质板4和馈电端口5。辐射振子1包括左辐射片11、右辐射片12和矩形金属片13，左辐射片11与右辐射片12结构相同，且它们的底部均与矩形金属片13相连。该左辐射片11和右辐射片12均为由一横一竖的两个矩形片组成的倒“L”形结构，其横矩形片的宽度W4为3.5mm，竖矩形片的宽度W5为2mm，横矩形片的长度L4为13.5mm，竖矩形片的长度L5为9mm。该矩形金属片高度H1为1mm，宽度W6为9mm。左辐射片11位于介质板4上层的左边，右辐射片12位于介质板4上层的右边，矩形金属片13位于介质板4上层的下边。馈电微带线2印制在介质板4竖板下层的右上角，滤波器3印制在介质板4竖板下层的右下角。馈电微带线2为倒“L”形结构，其由一段弯折的横金属线和倒“T”形竖金属线依次连接组成，其中，横金属线的线宽W1为0.5mm，竖金属线较宽的线宽W2为1mm，竖金属线较细的线宽W3为0.2mm，横金属线的线长L1为6mm，竖金属线较宽的线长L2为1mm，竖金属线较细的线长L3为5.5mm。滤波器3由一段弯折的金属线和一个矩形片连接组成。滤波器3位于左辐射片11与右辐射片12之间，且靠近于馈电微带线2的左侧，并与馈电微带线2的底部相连。滤波器3由一段弯折的金属线和一个矩形片组成,该弯折的金属线的长L6为5mm，线宽W7为9mm,矩形片的高度H2为1.2mm，宽度W8为1mm。介质板4采用“T”形结构，该介质板4横板的长度L7为38mm，宽度W9为4mm；竖板长度L8为10mm，宽度W10为9mm；介质板厚度H3为0.5mm。馈电端口5分别与右辐射片12和馈电微带线2相连。

实施例2：中心频率在2.7GHz的天线结构与参数

本实例的天线结构与实施例1相同，其包括，辐射振子1、馈电微带线2、滤波器3、介质板4和馈电端口5。辐射振子1的左辐射片11与右辐射片12的底部通过矩形金属片13相连，每个辐射片由一横一竖的两个矩形片组成，其横矩形片的宽度W4为1mm，竖矩形片的宽度W5为1mm，横矩形片的长度L4为15mm，竖矩形片的长度L5为9.5mm。该矩形金属片高度H1为1.5mm，宽度W6为6mm。馈电微带线2为倒“L”形结构，其由一段弯折的横金属线和倒“T”形竖金属线依次连接组成，其中，横金属线的线宽W1为0.4mm，竖金属线较宽的线宽W2为0.8mm，竖金属线较细的线宽W3为0.3mm，横金属线的线长L1为5mm，竖金属线较宽的线长L2为0.8mm，竖金属线较细的线长L3为6mm。滤波器3由一段弯折的金属线和一个矩形片组成,该弯折的金属线的长L6为5.5mm，线宽W7为0.3mm,矩形片的高度H2为1.4mm，宽度W8为1.1mm。介质板4采用“T”形结构，该介质板4横板的长度L7为44mm，宽度W9为4mm；竖板长度L8为9.2mm，宽度W10为6mm；介质板厚度H3为0.3mm。

实施例3：中心频率在3.1GHz的天线结构与参数。

本实例的天线结构与实施例1相同，其包括，辐射振子1、馈电微带线2、滤波器3、介质板4和馈电端口5。辐射振子1的左辐射片11与右辐射片12的底部通过矩形金属片13相连，每个辐射片由一横一竖的两个矩形片组成，其横矩形片的宽度W4为1.5mm，竖矩形片的宽度W5为3mm，横矩形片的长度L4为10mm，竖矩形片的长度L5为9mm。该矩形金属片高度H1为1mm，宽度W6为10mm。馈电微带线2为倒“L”形结构，其由一段弯折的横金属线和倒“T”形竖金属线依次连接组成，其中，横金属线的线宽W1为1mm，竖金属线较宽的线宽W2为1.2mm，竖金属线较细的线宽W3为0.3mm，横金属线的线长L1为5.6mm，竖金属线较宽的线长L2为1mm，竖金属线较细的线长L3为6.5mm。滤波器3由一段弯折的金属线和一个矩形片组成,该弯折的金属线的长L6为7mm，线宽W7为0.3mm,矩形片的高度H2为1.1mm，宽度W8为1mm。介质板4采用“T”形结构，该介质板4横板的长度L7为32mm，宽度W9为5mm；竖板长度L8为8.5mm，宽度W10为7mm；介质板厚度H3为0.8mm。

三种实施例的效果可通过以下仿真进一步说明：

1.仿真软件

采用商业仿真软件HFSS，其版本为ver.15。

2.仿真内容

仿真1，对上述三个实例的回波损耗S11分别在2-7GHz范围内进行仿真计算，结果如图2所示。由图2可以看出，实例1的天线在2.75-3.1GHz频率上的回波损耗S11≤-10dB,在其他频段S11接近于0dB；实例2的天线在2.55-2.9GHz频率上的回波损耗S11≤-10dB,在其他频段S11接近于0dB；实例3的天线在2.95-3.3GHz频率上的回波损耗S11≤-10dB,在其他频段S11接近于0dB，说明本发明实现了天线两倍频的带外抑制特性。

仿真2，对上述三个实例的增益在2-7GHz范围内进行仿真计算，结果如图3所示。由图3可知，实例1的天线在3.1-7GHz频率上增益较低；实例2的天线在2.9-6.8GHz频率上增益较低；实例1的天线在3.3-7GHz频率上增益较低，证明了天线具有两倍频的带外抑制特性。

仿真3，对实例1远场辐射方向图在2.9GHz处进行仿真计算，获得天线在E面和H面的辐射方向图如图4所示。由图4可知，本实例1的天线在2.9GHz处具有着良好的全向辐射特性。

仿真4，对实例2远场辐射方向图在2.7GHz处进行仿真计算，获得天线在E面和H面的辐射方向图如图5所示。由图5可知，本实例2的天线在2.7GHz处具有着良好的全向辐射特性。

仿真5，对实例3远场辐射方向图在3.1GHz处进行仿真计算，获得天线在E面和H面的辐射方向图如图6所示。由图6可知，本实例3天线在3.1GHz处具有着良好的全向辐射特性。

以上三个实例仿真结果说明，本发明在小型化的结构下仍具有良好的天线带外两倍频抑制特性。

以上是对本发明及其实施方案的描述，这些描述应该视为是说明性的，而非限定性的。显然，本领域的工程技术人员可据本发明的思想做具体的操作实施或参数的变更，自然也可以据以上所述对实施方案做一系列变更，但这都应被视为本发明的涉及范围。