一種寬阻帶濾波MIMO天線的制作方法

本發明涉及濾波天線的技術領域，尤其是指一種寬阻帶濾波mimo天線。

背景技術：

隨著近年來無線通信的高速發展，濾波天線由于其將濾波器和天線集成一體化的設計而受到廣大關注。通過將天線作為濾波器的最后一階諧振器，在獲得具有濾波響應的反射系數的同時，濾波天線的增益也將具有選擇性。這種濾波天線結構相對于傳統的濾波器通過傳輸線級聯天線的設計，避免了傳統設計中的阻抗失配問題，并且減小的系統的整體尺寸。而貼片天線由于其低剖面，易加工，低成本的特性而被廣泛應用于濾波天線的設計。

mimo系統，即多輸入多輸出系統，通過設置多根發射和接收天線，再經過特定的數據處理，通信容量能夠成倍的增加，從而滿足現在日益增長的通信服務需求。傳統的mimo系統中，每個天線單元都會通過一段傳輸線與一個帶通濾波器相連，而當mimo系統的天線單元太多時，這種設計將會使整個系統體積過大并且增加成本。通過將濾波天線設計成mimo天線，既能提高信道容量，又能實現濾波、減小尺寸和成本的效果。

對現有技術進行調查了解，具體如下：

2017年，xiuyinzhang等人在"ieeetreansactionsonantennasandpropagation"上發表題為"low‐profiledual‐bandfilteringpatchantennaanditsapplicationtoltemimosystem"，文中通過多模諧振器激勵兩塊嵌套的貼片，設計了一款雙頻濾波貼片天線并且將其應用到了mimo系統之中。天線實現了良好的濾波效果和輻射特性。

2016年，hutaotao等人在"ieeeinternationalconferenceonintegratedcircuitsandmicrosystems"上發表題為"designofmimofilterantennabasedoncoupledresonator"，設計了一款二單元濾波mimo天線，通過在兩個天線單元之間加入樹狀去耦結構，增加了單元之間的互耦合，但是該濾波天線的選擇性較差并且增益不夠理想。

2017年，p.f.hu等人在"ieeetreansactionsonantennasandpropagation"上發表題為"broadbandfilteringdielectricresonatorantennawithwidestopband",文中通過使用介質諧振器設計了一款新型的濾波天線，實現了二倍頻的諧波抑制。

總的來說，現今關于濾波天線的研究日新月異，但是關于mimo濾波天線的研究卻很少，關于濾波天線寬阻帶的研究則更少。本文基于作者對于耦合線結構的研究，設計了一種新型的寬阻帶濾波貼片天線，并將其應用到了mimo天線系統中，彌補了相關方面研究的不足。該天線具有低剖面，寬阻帶，易加工，低成本的特性，具有很高的應用價值。

技術實現要素：

本發明的目的在于克服現有技術的不足與缺點，提出了一種基于加載耦合線的寬阻帶濾波mimo天線，能夠實現很好的濾波特性和寬阻帶特性，具有設計靈活、低剖面、成本低、寬阻帶等優點。

為實現上述目的，本發明所提供的技術方案為：一種寬阻帶濾波mimo天線，所述天線為多層板結構，底層為微帶耦合線結構，中間層為開槽地板，頂層為輻射貼片結構，底層上的開路諧振器通過開槽地板的縫隙與頂層的輻射貼片耦合；在所述底層上設置有第一輸入端口、第二輸入端口、第三輸入端口、第四輸入端口，及具有二分之一波長的第一開路諧振器、第二開路諧振器、第三開路諧振器、第四開路諧振器、第五開路諧振器、第六開路諧振器、第七開路諧振器、第八開路諧振器；在所述中間層上開設有第一縫隙、第二縫隙、第三縫隙、第四縫隙；在所述頂層上設置有第一輻射貼片、第二輻射貼片、第三輻射貼片、第四輻射貼片；所述天線區分有四個濾波天線單元，分別為第一濾波天線單元、第二濾波天線單元、第三濾波天線單元、第四濾波天線單元；所述第一天線單元由第一輸入端口、第一開路諧振器、第二開路諧振器、第一縫隙、第一輻射貼片構成，該第一輸入端口通過其傳輸線與第一開路諧振器耦合，該第一開路諧振器與第二開路諧振器耦合，該第二開路諧振器通過第一縫隙與第一輻射貼片耦合；所述第二濾波天線單元由第二輸入端口、第三開路諧振器、第四開路諧振器、第二縫隙、第二輻射貼片構成，該第二輸入端口通過其傳輸線與第三開路諧振器耦合，該第三開路諧振器與第四開路諧振器耦合，該第四開路諧振器通過第二縫隙與第二輻射貼片耦合；所述第三濾波天線單元由第三輸入端口、第五開路諧振器、第六開路諧振器、第三縫隙、第三輻射貼片構成，該第三輸入端口通過其傳輸線與第五開路諧振器耦合，該第五開路諧振器與第六開路諧振器耦合，該第六開路諧振器通過第三縫隙與第三輻射貼片耦合；所述第四濾波天線單元由第四輸入端口、第七開路諧振器、第八開路諧振器、第四縫隙、第四輻射貼片構成，該第四輸入端口通過其傳輸線與第七開路諧振器耦合，該第七開路諧振器與第八開路諧振器耦合，該第八開路諧振器通過第四縫隙與第四輻射貼片耦合；其中，所述第一開路諧振器、第二開路諧振器、第三開路諧振器、第四開路諧振器、第五開路諧振器、第六開路諧振器、第七開路諧振器、第八開路諧振器、第一輻射貼片、第二輻射貼片、第三輻射貼片、第四輻射貼片均工作在同一頻率；所述第二開路諧振器、第四開路諧振器、第六開路諧振器、第八開路諧振器分別通過第一縫隙、第二縫隙、第三縫隙、第四縫隙與第一輻射貼片、第二輻射貼片、第三輻射貼片、第四輻射貼片耦合，實現三階切比雪夫濾波響應；所述第一縫隙、第二縫隙、第三縫隙、第四縫隙分別與相鄰縫隙呈90°垂直放置，以滿足各濾波天線單元之間的隔離需求。

所述第一開路諧振器、第二開路諧振器、第三開路諧振器、第四開路諧振器、第五開路諧振器、第六開路諧振器、第七開路諧振器、第八開路諧振器均采用折彎結構來減小尺寸。

所述第一輸入端口、第二輸入端口、第三輸入端口、第四輸入端口的傳輸線阻抗均為50歐姆。

本發明與現有技術相比，具有如下優點與有益效果：

1、通過使用加載耦合線的諧波抑制技術，有效的抑制濾波天線的諧波，實現了寬阻帶的特性，提高了系統的信噪比。

2、通過將濾波天線設計成mimo結構，增大了濾波天線的通信容量。

3、本發明的寬阻帶濾波mimo天線具有設計簡單，帶外選擇性良好，濾波特性好，寬阻帶的特點。

4、由于本發明的寬阻帶濾波mimo天線為微帶結構，重量輕、成本低、適合工業批量生產。

附圖說明

圖1為本發明的寬阻帶濾波mimo天線的多層板結構示意圖。

圖2為本發明的寬阻帶濾波mimo天線的透視結構示意圖。

圖3為本發明的寬阻帶濾波mimo天線的邊射方向天線增益和s參數的仿真和測試結果。

圖4為本發明的寬阻帶濾波mimo天線的隔離帶的參數仿真和測試結果。

圖5為本發明的寬阻帶濾波mimo天線的邊射方向增益的阻帶特性仿真和測試結果。

圖6a為本發明的寬阻帶濾波mimo天線的輻射方向xoz面圖。

圖6b為本發明的寬阻帶濾波mimo天線的輻射方向yoz面圖。

圖7為本發明的寬阻帶濾波mimo天線的相關系數ecc的測試曲線。

具體實施方式

下面結合具體實施例對本發明做進一步的說明。

參見圖1和圖2所示，本實施例所提供的寬阻帶濾波mimo天線為多層板結構，底層為微帶耦合線結構，中間層為開槽地板21，頂層為輻射貼片結構，底層上的開路諧振器通過開槽地板的縫隙與頂層的輻射貼片耦合；在所述底層上設置有第一輸入端口1、第二輸入端口2、第三輸入端口3、第四輸入端口4，及具有二分之一波長的第一開路諧振器9、第二開路諧振器10、第三開路諧振器11、第四開路諧振器12、第五開路諧振器13、第六開路諧振器14、第七開路諧振器15、第八開路諧振器16；在所述中間層上開有第一縫隙17、第二縫隙18、第三縫隙19、第四縫隙20；在所述頂層上設置有第一輻射貼片5、第二輻射貼片6、第三輻射貼片7、第四輻射貼片8；所述天線區分有四個濾波天線單元，分別為第一濾波天線單元、第二濾波天線單元、第三濾波天線單元、第四濾波天線單元；所述第一天線單元由第一輸入端口1、第一開路諧振器9、第二開路諧振器10、第一縫隙17、第一輻射貼片5構成，該第一輸入端口1通過其傳輸線與第一開路諧振器9耦合，該第一開路諧振器9與第二開路諧振器10耦合，該第二開路諧振器10通過第一縫隙17與第一輻射貼片5耦合；所述第二濾波天線單元由第二輸入端口2、第三開路諧振器11、第四開路諧振器12、第二縫隙18、第二輻射貼片6構成，該第二輸入端口2通過其傳輸線與第三開路諧振器11耦合，該第三開路諧振器11與第四開路諧振器12耦合，該第四開路諧振器12通過第二縫隙18與第二輻射貼片6耦合；所述第三濾波天線單元由第三輸入端口3、第五開路諧振器13、第六開路諧振器14、第三縫隙19、第三輻射貼片7構成，該第三輸入端口3通過其傳輸線與第五開路諧振器13耦合，該第五開路諧振器13與第六開路諧振器14耦合，該第六開路諧振器14通過第三縫隙19與第三輻射貼片7耦合；所述第四濾波天線單元由第四輸入端口4、第七開路諧振器15、第八開路諧振器16、第四縫隙20、第四輻射貼片8構成，該第四輸入端口4通過其傳輸線與第七開路諧振器15耦合，該第七開路諧振器15與第八開路諧振器16耦合，該第八開路諧振器16通過第四縫隙20與第四輻射貼片8耦合；所述第二開路諧振器10、第四開路諧振器12、第六開路諧振器14、第八開路諧振器16分別通過第一縫隙17、第二縫隙18、第三縫隙19、第四縫隙20與第一輻射貼片5、第二輻射貼片6、第三輻射貼片7、第四輻射貼片8耦合，實現三階切比雪夫濾波響應。另外，為了提高隔離度，設計第一縫隙17、第二縫隙18、第三縫隙19、第四縫隙20分別與相鄰縫隙呈90°垂直放置。此外，為了減小整體尺寸，底層的第一開路諧振器9、第二開路諧振器10、第三開路諧振器11、第四開路諧振器12、第五開路諧振器13、第六開路諧振器14、第七開路諧振器15、第八開路諧振器16均進行了適當的彎折。設計的天線的中心頻率為2.45ghz。設計中所有端口均為50歐姆的阻抗匹配。

參見圖3所示，顯示了本實施例上述寬阻帶濾波mimo天線的s參數和邊射方向的天線增益的仿真和測試結果。由于結構的鏡像對稱性，圖中只給出了s11曲線和s21，s31，s41曲線。天線測試的‐9db帶寬為2.43ghz到2.49ghz。天線的中心頻率出增益為2.03dbi。呈現出良好的濾波特性和輻射特性。

參見圖4所示，顯示了本實施例上述寬阻帶濾波mimo天線隔離度的仿真和測試曲線。在通帶內，該mimo天線的隔離度大于26.5db，實現了高隔離度的要求。

參見圖5所示，顯示了本實施例上述寬阻帶濾波mimo天線的寬帶響應仿真和測試曲線。16ghz范圍內，天線寄生輻射的增益均小于‐12.4dbi(12.1ghz處)，低于中心頻率增益15dbi。因此天線15dbi水平的阻帶抑制范圍超過了6f0(f0＝2.45ghz)。

參見圖6a、6b所示，顯示了本實施例上述寬阻帶濾波mimo天線的輻射方向圖。由于雙層板結構在加工過程中不可避免的誤差，兩塊介質板之間難免會有一定的縫隙，所以仿真結果和測試結果存在微小的差異。整體可以看出，該天線實現了良好的輻射特性。

參見圖7所示，顯示了本實施例上述寬阻帶濾波mimo天線的相關系數ecc的測試曲線。可以看到個單元之間工作頻帶內的相關系數均小于0.02，滿足mimo天線系統對于相關系數小于0.5的要求。

以上所述實施例只為本發明之較佳實施例，并非以此限制本發明的實施范圍，故凡依本發明之形狀、原理所作的變化，均應涵蓋在本發明的保護范圍內。