本實用新型涉及濾波天線技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種新型高增益WLAN雙頻濾波天線。

背景技術(shù)：

天線和濾波器是無線通信系統(tǒng)的兩個重要器件，在傳統(tǒng)的無線通信系統(tǒng)設(shè)計中，天線和濾波器是分開設(shè)計，再由50Ω傳輸線連接，這樣不僅使得整個系統(tǒng)的尺寸很大，同時也造成了更多的系統(tǒng)損耗。

近年來，學者們提出濾波天線的概念，即把天線和濾波器集成為一個器件，其不僅具有濾波器的濾波功能，同時還具有天線的輻射功能。濾波天線的設(shè)計減少傳統(tǒng)設(shè)計中的濾波器和天線間的匹配電路，降低系統(tǒng)的復雜度，減小系統(tǒng)的尺寸，使得整個系統(tǒng)變得更加緊湊。

2011年，Chao-Tang Chuang和Shyh-Jong Chung在“IEEE TRANSACTIONS ON ANTENNAS AND PROPAGATION”發(fā)表題為“Synthesis and Design of a New Printed Filtering Antenna”的文章中，較早地提出關(guān)于濾波天線的研究。文章采用傳統(tǒng)的平行耦合線濾波器結(jié)構(gòu)，在此基礎(chǔ)上，在濾波器的尾端增加了一個倒L形的天線，實現(xiàn)了很好的增益矩形度，中心頻率在2.45GHz。天線結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2015年，C.X.Mao,S.Gao,Z.P.Wang,Y.Wang,F.Qin,B.Sanz-Izquierdo,Q.X.Chu等人在“the project“DIFFERENT”funded by EC FP7”發(fā)表題為“Integrated Filtering-Antenna with Controllable Frequency Bandwidth”的文章中，采用了縫隙耦合的方式，將濾波器和天線放置在介質(zhì)板的不同層面上，有效減小了整個結(jié)構(gòu)的橫截面尺寸，實現(xiàn)工作頻率2.4GHz，帶寬可控的濾波天線。

2015年，Chin-Yuan Hsieh,Cheng-Hsun Wu,和Tzyh-Ghuang Ma等人在“the project“IEEE ANTENNAS AND WIRELESS PROPAGATION LETTERS”發(fā)表題為“A Compact Dual-Band Filtering Patch Antenna Using Step Impedance Resonators”的文章中提出了一種介于SIR的雙頻濾波天線結(jié)構(gòu)，工作頻段在2.4/5.8GHz。

但是，目前濾波天線的研究主要是針對單一頻段，雙頻或多頻濾波天線報到較少。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的是為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的上述缺陷，提供一種新型高增益WLAN雙頻濾波天線，該雙頻濾波天線采用縫隙耦合方式，具有高增益，良好增益矩形度，能夠滿足小型化，低成本的要求。

本實用新型的目的可以通過采取如下技術(shù)方案達到：

一種新型高增益WLAN雙頻濾波天線，所述濾波天線包括：上介質(zhì)基板層、下介質(zhì)基板層以及位于所述上介質(zhì)基板層和所述下介質(zhì)基板層中間的用于共用接地的地板層，

所述下介質(zhì)基板層上印制有一個偽交指SIR雙頻濾波器，所述上介質(zhì)基板層上印制有一個貼片輻射天線4，所述地板層上開設(shè)有一個縫隙3，信號經(jīng)過所述偽交指SIR雙頻濾波器后通過所述縫隙3耦合到所述貼片輻射天線4上進行輻射傳播。

進一步地，所述偽交指SIR雙頻濾波器包括：第一SIR諧振器2a、第二SIR諧振器2b、第一雙指耦合結(jié)構(gòu)1a和第二雙指耦合結(jié)構(gòu)1b，

其中，所述第一SIR諧振器2a和所述第二SIR諧振器2b均由特征阻抗不同的高、低阻抗線組成，呈U字型，并且兩者的U字型的開口方向為交叉相對的；

所述第一雙指耦合結(jié)構(gòu)1a和所述第二雙指耦合結(jié)構(gòu)1b用于耦合饋電，信號由所述第一雙指耦合結(jié)構(gòu)1a饋電輸入，經(jīng)過所述第一SIR諧振器2a和所述第二SIR諧振器2b耦合后，由所述第二雙指耦合結(jié)構(gòu)1b輸出。

進一步地，所述第一雙指耦合結(jié)構(gòu)1a和所述第二雙指耦合結(jié)構(gòu)1b的特性阻抗均為50歐姆。

進一步地，所述第一SIR諧振器2a和所述第二SIR諧振器2b均由位于中間的高阻抗線與分別位于所述高阻抗線兩端的低阻抗線垂直連接構(gòu)成。

進一步地，所述第一雙指耦合結(jié)構(gòu)1a和所述第二雙指耦合結(jié)構(gòu)1b均由U型微帶線與位于所述U型微帶線底部的直線型微帶線垂直連接構(gòu)成，并且所述U型微帶線的開口方向與所述直線型微帶線的延伸方向相反。

進一步地，所述第一SIR諧振器2a中外側(cè)的低阻抗線位于所述第一雙指耦合結(jié)構(gòu)1a的U型微帶線的U型凹槽內(nèi)，同時，所述第二SIR諧振器2b中外側(cè)的低阻抗線位于所述第二雙指耦合結(jié)構(gòu)1b的U型微帶線的U型凹槽內(nèi)。

進一步地，所述縫隙3位于所述第二雙指耦合結(jié)構(gòu)1b的上方，所述貼片輻射天線4位于所述第二雙指耦合結(jié)構(gòu)1b和所述縫隙3的上方。

進一步地，所述縫隙3為矩形。

本實用新型相對于現(xiàn)有技術(shù)具有如下的優(yōu)點及效果：

1)本實用新型公開的一種新型高增益WLAN雙頻濾波天線克服傳統(tǒng)無線通信系統(tǒng)設(shè)計尺寸大的缺點，具體體積小，成本低的特點，而且，其中雙頻濾波設(shè)計簡單。

2)本實用新型公開的一種新型高增益WLAN雙頻濾波天線采用縫隙耦合方式的雙頻濾波天線，具有具有高增益、增益矩形度良好的優(yōu)點。

附圖說明

圖1是現(xiàn)有技術(shù)中的濾波天線結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本實用新型中公開的新型高增益WLAN雙頻濾波天線的立體分離結(jié)構(gòu)圖；

圖3是本實用新型中公開的新型高增益WLAN雙頻濾波天線的俯視圖；

圖4是本實用新型中公開的新型高增益WLAN雙頻濾波天線的正視圖；

圖5是本實用新型中公開的新型高增益WLAN雙頻濾波天線中下介質(zhì)基板層上印制的偽交指SIR雙頻濾波器結(jié)構(gòu)的示意圖；

圖6是SIR濾波器的典型基本結(jié)構(gòu)圖；

圖7是本實用新型中公開的新型高增益WLAN雙頻濾波天線進行電磁仿真的回波損耗S11和增益曲線圖。

具體實施方式

為使本實用新型實施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒緦嵱眯滦椭械膶嵤├?，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本實用新型保護的范圍。

實施例

圖2-圖4為本實施例提出的一種新型高增益WLAN雙頻濾波天線的立體圖、俯視圖和正視圖結(jié)構(gòu)，本實施例提出的濾波天線印制在相對介電常數(shù)為2.55的介質(zhì)基板兩面(上介質(zhì)基板層和下介質(zhì)基板層)，加上中間為共用的用于接地的地板層，該濾波天線整體可視為一個三層結(jié)構(gòu)。

其中，所述下介質(zhì)基板層上印制有一個偽交指SIR雙頻濾波器，如圖5所示。所述上介質(zhì)基板層上印制有一個貼片輻射天線4，所述地板層上開設(shè)有一個縫隙3，信號經(jīng)過所述偽交指SIR雙頻濾波器后通過所述縫隙3耦合到所述貼片輻射天線4上進行輻射傳播。

本實施例中，所述縫隙3為矩形，但是，本實用新型的技術(shù)方案并不限于該矩形縫隙的限制，其它任何便于耦合的縫隙形狀均屬于本實用新型的保護范圍。

所述雙頻濾波器結(jié)構(gòu)包括：兩個SIR(Step Impedance Resonators，階躍阻抗諧振器)諧振器組成，即圖5中的第一SIR諧振器2a和第二SIR諧振器2b，上述第一SIR諧振器2a和第二SIR諧振器2b均由特征阻抗不同的高、低阻抗線組成，呈U字型，并且其U字型的開口方向為交叉相對的。

所述雙頻濾波器結(jié)構(gòu)還包括：第一雙指耦合結(jié)構(gòu)1a和第二雙指耦合結(jié)構(gòu)1b，所述第一雙指耦合結(jié)構(gòu)1a和第二雙指耦合結(jié)構(gòu)1b用于耦合饋電，其特性阻抗為50歐姆，信號由所述第一雙指耦合結(jié)構(gòu)1a饋電輸入，經(jīng)過第一SIR諧振器2a和第二SIR諧振器2b耦合后，由所述第二雙指耦合結(jié)構(gòu)1b輸出。

然后，信號通過所述地板層的縫隙3耦合到所述上介質(zhì)基板層的貼片輻射天線4上進行輻射傳播。

地板層位于所述上介質(zhì)基板層和所述下介質(zhì)基板層中間，作為接地層為所述上介質(zhì)基板層的貼片輻射天線和所述下介質(zhì)基板層的雙頻濾波器結(jié)構(gòu)共用，在地板層上開了一個縫隙3，縫隙3的位置位于所述第二雙指耦合結(jié)構(gòu)1b的上方，如附圖3所示；在所述上介質(zhì)基板層的貼片輻射天線4，貼片輻射天線4的位置位于第二雙指耦合結(jié)構(gòu)1b和縫隙3的上方，具體仍然參照附圖3所示。

本實施例中，第一SIR諧振器2a和第二SIR諧振器2b均由位于中間的高阻抗線與分別位于所述高阻抗線兩端的低阻抗線垂直連接構(gòu)成。

如圖5所示，本實施例中，第一雙指耦合結(jié)構(gòu)1a和第二雙指耦合結(jié)構(gòu)1b均由U型微帶線與位于所述U型微帶線底部的直線型微帶線垂直連接構(gòu)成，并且所述U型微帶線的開口方向與所述直線型微帶線的延伸方向相反。

其中，第一SIR諧振器2a中外側(cè)的低阻抗線位于所述第一雙指耦合結(jié)構(gòu)1a的U型微帶線的U型凹槽內(nèi)，同時，第二SIR諧振器2b中外側(cè)的低阻抗線位于所述第二雙指耦合結(jié)構(gòu)1b的U型微帶線的U型凹槽內(nèi)。

本實用新型專利濾波天線的下介質(zhì)基板層的雙頻濾波器結(jié)構(gòu)采用SIR偽交指形濾波器，其中，SIR的典型基本結(jié)構(gòu)如圖6所示，它是有兩個具有不同特征阻抗的傳輸線組合而成的橫向電磁場或準橫向電磁場模式的諧振器。SIR在應用中具有很多的優(yōu)點，比如說，1)在結(jié)構(gòu)和設(shè)計上有很大的自由度，2)通多采用不同類型的傳輸線(同軸的，帶狀線的、微帶的、共平面的)或介質(zhì)材料而使其有很大的應用頻率范圍，3)SIR具有高諧波抑制和高帶外抑制等等。濾波器通過地板上的縫隙激勵輻射貼片輻，有效地減小了整體結(jié)構(gòu)的體積，雖然在縱向長度上有所增加，但是總的來說減小了尺寸。SIR偽交指雙頻濾波器的工作頻段控制在2.4GHz和5.2GHz附近，由于貼片天線有多個諧振模式，合理調(diào)節(jié)貼片的大小可以使天線在2.4GHz和5.2GHz附近產(chǎn)生諧振點，然后調(diào)節(jié)地板上縫隙的大小和相對位置，就可以很好地調(diào)節(jié)整體結(jié)構(gòu)的工作性能。

本實施例公開的新型高增益WLAN雙頻濾波天線結(jié)構(gòu)如圖2-圖4所示，利用貼片天線具有的多個諧振模式，合理調(diào)節(jié)使其的諧振頻率落在雙頻濾波器的工作帶寬的附近，實現(xiàn)了雙頻濾波天線，調(diào)節(jié)矩形縫隙的尺寸和位置實現(xiàn)具有較高增益的工作性能。電磁仿真的該雙頻濾波天線的回波損耗S11和增益曲線如圖7所示。

綜上所述，本實施例公開的新型高增益WLAN雙頻濾波天線采用一個三層結(jié)構(gòu)，在最底層的下介質(zhì)基板層上印制有一個雙頻濾波結(jié)構(gòu)，其采用的是一個SIR偽交指結(jié)構(gòu)，中間層是一個地板層，地板層上開了一個槽縫，頂層的上介質(zhì)基板層上是一個貼片輻射天線，信號通過地板層上的縫隙耦合到貼片輻射天線上，激勵貼片輻射天線進行輻射。在工作頻段有良好的增益矩形度，提高了系統(tǒng)的效率。

上述實施例為本實用新型較佳的實施方式，但本實用新型的實施方式并不受上述實施例的限制，其他的任何未背離本實用新型的精神實質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應為等效的置換方式，都包含在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。