一种具有滤波功能的天线的制作方法

本发明涉及天线
技术领域：
，特别是涉及一种具有滤波功能的天线。
背景技术：
：天线是无线电设备中用来发射或接收电磁波的部件，它把传输线上传播的导行波，变换成在自由空间中传播的电磁波，或者进行相反的变换，被广泛应用于无线电通信、广播、电视、雷达、导航、电子对抗、遥感、射电天文等工程系统。在现有的无线通信系统中，可以通过电磁波的频段对其承载的无线信号进行区分。为了消除不同无线信号之间的电磁干扰，通常需要对天线发射或接收的无线信号进行滤波处理，即将无线信号中的特定频率波段滤除。例如在超宽带(Ultra-wideband,UWB)领域，UWB的工作频带为3.1-10.6GHz，其中包含了WiMAX(3.3-3.7GHz)、Wireless-LAN(WLAN)5GHz(5.15–5.825GHz)、卫星通信X波段(7.25-7.75GHz)、ITU8GHz(8.025-8.4GHz)等频段，为了消除电磁干扰，在特定的应用环境中需要滤除相应的频段。现有技术中，通常通过外接滤波器的方式对天线发射或接收的电磁波进行滤波处理，即将天线和滤波器作为两个器件单独设计。但是该方式导致通信设备的零部件较多，增加设计和安装的复杂度，且占用的空间较大。技术实现要素：本发明实施例中提供了一种具有滤波功能的天线，以解决现有技术中将天线和滤波器作为两个器件单独设计，导致通信设备的零部件较多，增加设计和安装的复杂度，且占用的空间较大。本发明实施例提供了一种具有滤波功能的天线，包括介质基板，位于所述介质基板下表面的地层，位于所述介质基板上表面的馈电层；所述地层的下表面和/或所述馈电层的上表面设有用于滤波的介质片，所述介质片的形状为圆柱体，所述圆柱体的轴心垂直于所述介质基板。优选地，通过所述介质片的介电常数配置所述介质片的滤波频段。优选地，通过外加在所述介质片上的电场值配置所述介质片的介电常数。优选地，所述介质片的介电常数为300，所述介质片的滤波频段为5.05-6.1GHz；或者，所述介质片的介电常数为200，所述介质片的滤波频段为6.3-6.8GHz；或者，所述介质片的介电常数为150，所述介质片的滤波频段为7.7-8.65GHz；或者，所述介质片的介电常数为100，所述介质片的滤波频段为9.2-10GHz。优选地，通过所述介质片在所述介质基板的设置位置配置所述介质片的滤波频段。优选地，通过所述介质片与所述介质基板的长边的距离配置所述介质片的滤波频段。优选地，通过所述介质片与所述介质基板的短边的距离配置所述介质片的滤波频段。优选地，通过所述介质片的圆柱体的直径配置所述介质片的滤波频段。由以上技术方案可见，本发明实施例提供的一种具有滤波功能的天线通过在天线上设置介质片实现天线的滤波功能。由于天线本身具有滤波功能，因此无需另外添加滤波器，降低设计和安装的复杂度，且节省空间。另外，通过调整介质片的介电常数、位置和/或尺寸，可以调整天线的滤波频率。附图说明为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1A-1C为现有技术中一种UWB天线的结构示意图；图2A和2B为本发明实施例提供的一种滤波天线的结构示意图；图3为本发明实施例提供的一种参考天线和滤波天线的S11曲线对比示意图；图4为本发明实施例提供的一种滤波天线的S11随参数x4的变化曲线示意图；图5为本发明实施例提供的一种滤波天线的S11随参数y4的变化曲线示意图；图6为本发明实施例提供的一种滤波天线的S11随参数d4的变化曲线示意图；图7为本发明实施例提供的一种滤波天线的S11随介电常数的变化曲线示意图。具体实施方式为了使本
技术领域：
的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。本发明实施例在现有天线的基础上添加了用于滤波的介质片，通过调整介质片的介电常数、位置和/或尺寸，可以调整天线的滤波频率。也就是说，为了使天线滤除相应频段的电磁波，可以通过配置介质片合适的介电常数、位置和/或尺寸来实现。为了说明介质片的介电常数、位置和/或尺寸对天线的滤波性能的影响，下面首先结合图1A-1C对现有技术中一种UWB天线的结构进行简单介绍。应当指出的是，图1A-1C仅是本发明实施例所列举的一种具体实现方式，本领域技术人员可以根据实际需要在其他结构的天线上添加介质片，其均应当落入本发明的保护范围之内。其中，图1A-1C分别为现有技术中一种UWB天线(下文称参考天线)的主视图、底视图和俯视图。如图1A-1C所示，参考天线包括介质基板1，位于所述介质基板1下表面的地层2，位于所述介质基板1上表面的馈电层3。其中，介质基板1的材料可以是FR-4。地层2上开槽，槽的结构由第一矩形21与第二矩形22组合构成。馈电层3包括50Ω微带线31和圆形贴片32，该微带线31与介质基板1的长边(介质基板长度方向上的边)平行。为了清楚地表述介质基板1、地层2和馈电层3的大小及其位置关系，在附图中引入了相应的尺寸标记。其中，h1表示介质基板1的高度，w1和L1分别表示介质基板1的宽度和长度，由于地层2的宽度和长度与介质基板1的宽度和长度相同，因此w1和L1也可以表示地层2的宽度和长度；w21和L21分别表示第一矩形21的宽度和长度，y21表示第一矩形21与介质基板的短边之间的距离；w22和L22分别表示第二矩形22的宽度和长度；w31表示微带线的宽度；d32表示圆形贴片的直径；x3表示圆形贴片的圆心与介质基板1的长边之间的距离。参考天线的尺寸参量如表一所示(单位mm)。表一：h1L1w1y21L21w21L22w22x3w31d320.827168.75.96.17.84.781.58.2为了实现滤波功能，本发明实施例在上述参考天线的基础上增设介质片，介质片的材料可以选择钛酸锶钡(BST)，当然除了BST以外，本领域技术人员也可以选择其它材料。另外，介质片既可以设置在地层2的下表面又可以设置在馈电层3的上表面，本发明实施例以介质片设置在馈电层3的上表面为例进行说明。图2A和2B分别为本发明实施例提供的一种滤波天线的主视图和俯视图。其中，滤波天线与参考天线的底视图相同，可以相互参见。另外，为了描述简洁，下文仅对滤波天线与参考天线的不同之处进行介绍。如图2A和2B所示，在馈电层3的上表面上设有介质片4，介质片4的形状为圆柱体，该圆柱体的轴心垂直于介质基板1。介质片4的位置和尺寸可以用参数h4、d4、x4和y4表示。其中，h4表示介质片4的高度；d4表示介质片4的直径；x4表示介质片4与介质基板1的长边(长度方向上的边)之间的距离；y4表示介质片4与介质基板1的短边(宽度方向上的边)之间的距离。在本发明一种可选实施例中，介质片的尺寸参数如表二所示。表二：x4y4d4h486.32.41下文中结合参考天线和滤波天线的S11曲线来说明介质片对参考天线性能的影响。在本发明实施例中，参考天线的尺寸参量如表一所示，滤波天线在参考天线的基础上添加了介质片，介质片的尺寸参量如表二所示。介质片相对磁导率μr＝1，相对介电常数εr＝300。图3为本发明实施例提供的一种参考天线和滤波天线的S11曲线对比示意图，其中S11表示回波损耗特性，frequency表示频率。由图3可见，参考天线的-10dB带宽为3.1-11GHz；滤波天线的-10dB带宽为3.1-5.05GHz，6.1-11.6GHz。滤波天线滤除频段为5.05-6.1GHz，包含了WLAN5GHz(5.15–5.825GHz)的频带。也就是说，在参考天线上添加介质片后得到的滤波天线可以滤除特定频段的电磁波，即具有滤波特性。另外，由于在不同应用环境中可能需要的滤波频段不同，因此本发明实施例还需要继续探讨介质片的相关参数对滤波天线的滤波频段的影响，以通过调整介质片的参数调整滤波天线的滤波频段。下面分别通过不同的实施例以x4、y4、d4和介电常数为变量，讨论介质片的位置、尺寸和介电常数对天线的滤波频段的影响。实施例一：介质片的尺寸参数如表三所示(单位mm)，滤波天线的其它尺寸参数同表一。介质片相对磁导率μr＝1，相对介电常数εr＝300。表三：x4y4d4h42/8/11/136.32.41图4为本发明实施例提供的一种滤波天线的S11随参数x4的变化曲线示意图，其中S11表示回波损耗特性，本发明实施例以S11为-10dB分析滤波天线的带宽；frequency表示频率。由图4可见，当x4＝2mm,11mm，13mm时，滤波天线在UWB频段未出现滤波特性。当x4＝8mm时，滤波天线的-10dB带宽为3.1-5.05GHz，6.1-11.6GHz。滤除的频段为5.05-6.1GHz，包含了WLAN5GHz(5.15–5.825GHz)的频带。说明设计合适的x4(介质片与介质基板的长边之间的距离)，可以实现滤波天线的-10dB带宽覆盖UWB频带并且滤除不需要的频段。实施例二：介质片的尺寸参数如表四所示(单位mm)，滤波天线的其它尺寸参数同表一。介质片相对磁导率μr＝1，相对介电常数εr＝300。表四：x4y4d4h482.3/6.3/11.3/17.32.41图5为本发明实施例提供的一种滤波天线的S11随参数y4的变化曲线示意图，其中S11表示回波损耗特性，frequency表示频率。由图5可见，当y4＝11.3mm，17.3mm时，滤波天线在UWB频段未出现滤波特性。当y4＝2.3mm时，滤波天线的-10dB带宽为3.5-6.6GHz，8.6-8.8GHz，9.8-10.1GHz，10.5-10.7GHz滤除频段为6.6-8.6GHz，8.8-9.8GHz，10.1-10.5GHz，10.7-11GHz，滤除频带过多，-10dB带宽很窄，没有实际意义。当y4＝6.3mm时，滤波天线的-10dB带宽为3.1-5.05GHz，6.1-11.6GHz。滤除频段为5.05-6.1GHz，包含了WLAN5GHz(5.15–5.825GHz)的频带。说明设计合适的y4(介质片与介质基板的短边之间的距离)，可以实现天线的-10dB带宽覆盖UWB频带并且滤除不需要的频段。实施例三：介质片的尺寸参数如表五所示(单位mm)，滤波天线的其它尺寸参数同表一。介质片相对磁导率μr＝1，相对介电常数εr＝300。表五：x4y4d4h486.31.6/2.4/4/61图6为本发明实施例提供的一种滤波天线的S11随参数d4的变化曲线示意图，其中S11表示回波损耗特性，frequency表示频率。由图6可见，当d4＝1.6mm时，滤波天线的-10dB带宽为3.1-10.9GHz。滤波天线在UWB频段未出现滤波特性。当d4＝4mm时，滤波天线的-10dB带宽为5.3-5.9GHz，6.1-8.1GHz，8.4-9.6GHz，10.1-10.7GHz。滤除频带过多，-10dB带宽很窄，没有实际意义。当d4＝6mm时，滤波天线的-10dB带宽为8-8.3GHz。说明介质片的直径太大，天线带宽太窄，不能覆盖UWB的频段。当d4＝2.4mm时，滤波天线的-10dB带宽为3.1-5.05GHz，6.1-11.6GHz。滤除频段为5.05-6.1GHz，包含了WLAN5GHz(5.15–5.825GHz)的频带。说明设计合适的d4(介质片的直径)，可以实现天线的-10dB带宽覆盖UWB频带并且滤除不需要的频段。实施例四：介质片的尺寸参数如表六所示(单位mm)，滤波天线的其它尺寸参数同表一，介质片相对磁导率μr＝1，介质片的介电常数εr分别取100、150、200和300，其中，介质片的介电常数的调整可以通过外加在介质片上的电场值来实现。表六：x4y4d4h486.32.41图7为本发明实施例提供的一种滤波天线的S11随介电常数的变化曲线示意图，其中S11表示回波损耗特性，frequency表示频率。由图7可见，当εr＝300时，滤波天线的-10dB带宽为3.1-5.05GHz，6.1-11.6GHz。滤除频段为5.05-6.1GHz。当εr＝200时，滤波天线的-10dB带宽为3.1-6.3GHz，6.8-11GHz。滤除频段为6.3-6.8GHz。当εr＝150时，滤波天线的-10dB带宽为3.1-7.7GHz，8.65-11GHz。滤除频段为7.7-8.65GHz。当εr＝100时，滤波天线的-10dB带宽为3.1-9.2GHz，10-11GHz。滤除频段为9.2-10GHz。说明设计合适的介电常数，可以实现天线的-10dB带宽覆盖UWB频带并且滤除不需要的频段。由以上技术方案可见，本发明实施例提供的一种具有滤波功能的天线通过在天线上设置介质片实现天线的滤波功能。由于天线本身具有滤波功能，因此无需另外添加滤波器，降低设计和安装的复杂度，且节省空间。另外，调整介质片的介电常数、位置和/或尺寸，可以调整天线的滤波频率。本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置或系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的装置及系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。当前第1页1 2 3