![一種具有濾波功能的天線的制作方法與工藝](http://img.xjishu.com/img/zl/2016/02/29/2149216639377.gif)
本發(fā)明涉及天線
技術(shù)領(lǐng)域:
,特別是涉及一種具有濾波功能的天線。
背景技術(shù):
:天線是無線電設(shè)備中用來發(fā)射或接收電磁波的部件,它把傳輸線上傳播的導(dǎo)行波,變換成在自由空間中傳播的電磁波,或者進(jìn)行相反的變換,被廣泛應(yīng)用于無線電通信、廣播、電視、雷達(dá)、導(dǎo)航、電子對抗、遙感、射電天文等工程系統(tǒng)。在現(xiàn)有的無線通信系統(tǒng)中,可以通過電磁波的頻段對其承載的無線信號進(jìn)行區(qū)分。為了消除不同無線信號之間的電磁干擾,通常需要對天線發(fā)射或接收的無線信號進(jìn)行濾波處理,即將無線信號中的特定頻率波段濾除。例如在超寬帶(Ultra-wideband,UWB)領(lǐng)域,UWB的工作頻帶為3.1-10.6GHz,其中包含了WiMAX(3.3-3.7GHz)、Wireless-LAN(WLAN)5GHz(5.15–5.825GHz)、衛(wèi)星通信X波段(7.25-7.75GHz)、ITU8GHz(8.025-8.4GHz)等頻段,為了消除電磁干擾,在特定的應(yīng)用環(huán)境中需要濾除相應(yīng)的頻段?,F(xiàn)有技術(shù)中,通常通過外接濾波器的方式對天線發(fā)射或接收的電磁波進(jìn)行濾波處理,即將天線和濾波器作為兩個器件單獨(dú)設(shè)計。但是該方式導(dǎo)致通信設(shè)備的零部件較多,增加設(shè)計和安裝的復(fù)雜度,且占用的空間較大。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:本發(fā)明實(shí)施例中提供了一種具有濾波功能的天線,以解決現(xiàn)有技術(shù)中將天線和濾波器作為兩個器件單獨(dú)設(shè)計,導(dǎo)致通信設(shè)備的零部件較多,增加設(shè)計和安裝的復(fù)雜度,且占用的空間較大。本發(fā)明實(shí)施例提供了一種具有濾波功能的天線,包括介質(zhì)基板,位于所述介質(zhì)基板下表面的地層,位于所述介質(zhì)基板上表面的饋電層;所述地層的下表面和/或所述饋電層的上表面設(shè)有用于濾波的介質(zhì)片,所述介質(zhì)片的形狀為圓柱體,所述圓柱體的軸心垂直于所述介質(zhì)基板。優(yōu)選地,通過所述介質(zhì)片的介電常數(shù)配置所述介質(zhì)片的濾波頻段。優(yōu)選地,通過外加在所述介質(zhì)片上的電場值配置所述介質(zhì)片的介電常數(shù)。優(yōu)選地,所述介質(zhì)片的介電常數(shù)為300,所述介質(zhì)片的濾波頻段為5.05-6.1GHz;或者,所述介質(zhì)片的介電常數(shù)為200,所述介質(zhì)片的濾波頻段為6.3-6.8GHz;或者,所述介質(zhì)片的介電常數(shù)為150,所述介質(zhì)片的濾波頻段為7.7-8.65GHz;或者,所述介質(zhì)片的介電常數(shù)為100,所述介質(zhì)片的濾波頻段為9.2-10GHz。優(yōu)選地,通過所述介質(zhì)片在所述介質(zhì)基板的設(shè)置位置配置所述介質(zhì)片的濾波頻段。優(yōu)選地,通過所述介質(zhì)片與所述介質(zhì)基板的長邊的距離配置所述介質(zhì)片的濾波頻段。優(yōu)選地,通過所述介質(zhì)片與所述介質(zhì)基板的短邊的距離配置所述介質(zhì)片的濾波頻段。優(yōu)選地,通過所述介質(zhì)片的圓柱體的直徑配置所述介質(zhì)片的濾波頻段。由以上技術(shù)方案可見,本發(fā)明實(shí)施例提供的一種具有濾波功能的天線通過在天線上設(shè)置介質(zhì)片實(shí)現(xiàn)天線的濾波功能。由于天線本身具有濾波功能,因此無需另外添加濾波器,降低設(shè)計和安裝的復(fù)雜度,且節(jié)省空間。另外,通過調(diào)整介質(zhì)片的介電常數(shù)、位置和/或尺寸,可以調(diào)整天線的濾波頻率。附圖說明為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案,下面將對實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹,顯而易見地,對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員而言,在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下,還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖1A-1C為現(xiàn)有技術(shù)中一種UWB天線的結(jié)構(gòu)示意圖;圖2A和2B為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種濾波天線的結(jié)構(gòu)示意圖;圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種參考天線和濾波天線的S11曲線對比示意圖;圖4為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種濾波天線的S11隨參數(shù)x4的變化曲線示意圖;圖5為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種濾波天線的S11隨參數(shù)y4的變化曲線示意圖;圖6為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種濾波天線的S11隨參數(shù)d4的變化曲線示意圖;圖7為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種濾波天線的S11隨介電常數(shù)的變化曲線示意圖。具體實(shí)施方式為了使本
技術(shù)領(lǐng)域:
的人員更好地理解本發(fā)明中的技術(shù)方案,下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖,對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述,顯然,所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例,而不是全部的實(shí)施例?;诒景l(fā)明中的實(shí)施例,本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實(shí)施例,都應(yīng)當(dāng)屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。本發(fā)明實(shí)施例在現(xiàn)有天線的基礎(chǔ)上添加了用于濾波的介質(zhì)片,通過調(diào)整介質(zhì)片的介電常數(shù)、位置和/或尺寸,可以調(diào)整天線的濾波頻率。也就是說,為了使天線濾除相應(yīng)頻段的電磁波,可以通過配置介質(zhì)片合適的介電常數(shù)、位置和/或尺寸來實(shí)現(xiàn)。為了說明介質(zhì)片的介電常數(shù)、位置和/或尺寸對天線的濾波性能的影響,下面首先結(jié)合圖1A-1C對現(xiàn)有技術(shù)中一種UWB天線的結(jié)構(gòu)進(jìn)行簡單介紹。應(yīng)當(dāng)指出的是,圖1A-1C僅是本發(fā)明實(shí)施例所列舉的一種具體實(shí)現(xiàn)方式,本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實(shí)際需要在其他結(jié)構(gòu)的天線上添加介質(zhì)片,其均應(yīng)當(dāng)落入本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。其中,圖1A-1C分別為現(xiàn)有技術(shù)中一種UWB天線(下文稱參考天線)的主視圖、底視圖和俯視圖。如圖1A-1C所示,參考天線包括介質(zhì)基板1,位于所述介質(zhì)基板1下表面的地層2,位于所述介質(zhì)基板1上表面的饋電層3。其中,介質(zhì)基板1的材料可以是FR-4。地層2上開槽,槽的結(jié)構(gòu)由第一矩形21與第二矩形22組合構(gòu)成。饋電層3包括50Ω微帶線31和圓形貼片32,該微帶線31與介質(zhì)基板1的長邊(介質(zhì)基板長度方向上的邊)平行。為了清楚地表述介質(zhì)基板1、地層2和饋電層3的大小及其位置關(guān)系,在附圖中引入了相應(yīng)的尺寸標(biāo)記。其中,h1表示介質(zhì)基板1的高度,w1和L1分別表示介質(zhì)基板1的寬度和長度,由于地層2的寬度和長度與介質(zhì)基板1的寬度和長度相同,因此w1和L1也可以表示地層2的寬度和長度;w21和L21分別表示第一矩形21的寬度和長度,y21表示第一矩形21與介質(zhì)基板的短邊之間的距離;w22和L22分別表示第二矩形22的寬度和長度;w31表示微帶線的寬度;d32表示圓形貼片的直徑;x3表示圓形貼片的圓心與介質(zhì)基板1的長邊之間的距離。參考天線的尺寸參量如表一所示(單位mm)。表一:h1L1w1y21L21w21L22w22x3w31d320.827168.75.96.17.84.781.58.2為了實(shí)現(xiàn)濾波功能,本發(fā)明實(shí)施例在上述參考天線的基礎(chǔ)上增設(shè)介質(zhì)片,介質(zhì)片的材料可以選擇鈦酸鍶鋇(BST),當(dāng)然除了BST以外,本領(lǐng)域技術(shù)人員也可以選擇其它材料。另外,介質(zhì)片既可以設(shè)置在地層2的下表面又可以設(shè)置在饋電層3的上表面,本發(fā)明實(shí)施例以介質(zhì)片設(shè)置在饋電層3的上表面為例進(jìn)行說明。圖2A和2B分別為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種濾波天線的主視圖和俯視圖。其中,濾波天線與參考天線的底視圖相同,可以相互參見。另外,為了描述簡潔,下文僅對濾波天線與參考天線的不同之處進(jìn)行介紹。如圖2A和2B所示,在饋電層3的上表面上設(shè)有介質(zhì)片4,介質(zhì)片4的形狀為圓柱體,該圓柱體的軸心垂直于介質(zhì)基板1。介質(zhì)片4的位置和尺寸可以用參數(shù)h4、d4、x4和y4表示。其中,h4表示介質(zhì)片4的高度;d4表示介質(zhì)片4的直徑;x4表示介質(zhì)片4與介質(zhì)基板1的長邊(長度方向上的邊)之間的距離;y4表示介質(zhì)片4與介質(zhì)基板1的短邊(寬度方向上的邊)之間的距離。在本發(fā)明一種可選實(shí)施例中,介質(zhì)片的尺寸參數(shù)如表二所示。表二:x4y4d4h486.32.41下文中結(jié)合參考天線和濾波天線的S11曲線來說明介質(zhì)片對參考天線性能的影響。在本發(fā)明實(shí)施例中,參考天線的尺寸參量如表一所示,濾波天線在參考天線的基礎(chǔ)上添加了介質(zhì)片,介質(zhì)片的尺寸參量如表二所示。介質(zhì)片相對磁導(dǎo)率μr=1,相對介電常數(shù)εr=300。圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種參考天線和濾波天線的S11曲線對比示意圖,其中S11表示回波損耗特性,frequency表示頻率。由圖3可見,參考天線的-10dB帶寬為3.1-11GHz;濾波天線的-10dB帶寬為3.1-5.05GHz,6.1-11.6GHz。濾波天線濾除頻段為5.05-6.1GHz,包含了WLAN5GHz(5.15–5.825GHz)的頻帶。也就是說,在參考天線上添加介質(zhì)片后得到的濾波天線可以濾除特定頻段的電磁波,即具有濾波特性。另外,由于在不同應(yīng)用環(huán)境中可能需要的濾波頻段不同,因此本發(fā)明實(shí)施例還需要繼續(xù)探討介質(zhì)片的相關(guān)參數(shù)對濾波天線的濾波頻段的影響,以通過調(diào)整介質(zhì)片的參數(shù)調(diào)整濾波天線的濾波頻段。下面分別通過不同的實(shí)施例以x4、y4、d4和介電常數(shù)為變量,討論介質(zhì)片的位置、尺寸和介電常數(shù)對天線的濾波頻段的影響。實(shí)施例一:介質(zhì)片的尺寸參數(shù)如表三所示(單位mm),濾波天線的其它尺寸參數(shù)同表一。介質(zhì)片相對磁導(dǎo)率μr=1,相對介電常數(shù)εr=300。表三:x4y4d4h42/8/11/136.32.41圖4為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種濾波天線的S11隨參數(shù)x4的變化曲線示意圖,其中S11表示回波損耗特性,本發(fā)明實(shí)施例以S11為-10dB分析濾波天線的帶寬;frequency表示頻率。由圖4可見,當(dāng)x4=2mm,11mm,13mm時,濾波天線在UWB頻段未出現(xiàn)濾波特性。當(dāng)x4=8mm時,濾波天線的-10dB帶寬為3.1-5.05GHz,6.1-11.6GHz。濾除的頻段為5.05-6.1GHz,包含了WLAN5GHz(5.15–5.825GHz)的頻帶。說明設(shè)計合適的x4(介質(zhì)片與介質(zhì)基板的長邊之間的距離),可以實(shí)現(xiàn)濾波天線的-10dB帶寬覆蓋UWB頻帶并且濾除不需要的頻段。實(shí)施例二:介質(zhì)片的尺寸參數(shù)如表四所示(單位mm),濾波天線的其它尺寸參數(shù)同表一。介質(zhì)片相對磁導(dǎo)率μr=1,相對介電常數(shù)εr=300。表四:x4y4d4h482.3/6.3/11.3/17.32.41圖5為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種濾波天線的S11隨參數(shù)y4的變化曲線示意圖,其中S11表示回波損耗特性,frequency表示頻率。由圖5可見,當(dāng)y4=11.3mm,17.3mm時,濾波天線在UWB頻段未出現(xiàn)濾波特性。當(dāng)y4=2.3mm時,濾波天線的-10dB帶寬為3.5-6.6GHz,8.6-8.8GHz,9.8-10.1GHz,10.5-10.7GHz濾除頻段為6.6-8.6GHz,8.8-9.8GHz,10.1-10.5GHz,10.7-11GHz,濾除頻帶過多,-10dB帶寬很窄,沒有實(shí)際意義。當(dāng)y4=6.3mm時,濾波天線的-10dB帶寬為3.1-5.05GHz,6.1-11.6GHz。濾除頻段為5.05-6.1GHz,包含了WLAN5GHz(5.15–5.825GHz)的頻帶。說明設(shè)計合適的y4(介質(zhì)片與介質(zhì)基板的短邊之間的距離),可以實(shí)現(xiàn)天線的-10dB帶寬覆蓋UWB頻帶并且濾除不需要的頻段。實(shí)施例三:介質(zhì)片的尺寸參數(shù)如表五所示(單位mm),濾波天線的其它尺寸參數(shù)同表一。介質(zhì)片相對磁導(dǎo)率μr=1,相對介電常數(shù)εr=300。表五:x4y4d4h486.31.6/2.4/4/61圖6為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種濾波天線的S11隨參數(shù)d4的變化曲線示意圖,其中S11表示回波損耗特性,frequency表示頻率。由圖6可見,當(dāng)d4=1.6mm時,濾波天線的-10dB帶寬為3.1-10.9GHz。濾波天線在UWB頻段未出現(xiàn)濾波特性。當(dāng)d4=4mm時,濾波天線的-10dB帶寬為5.3-5.9GHz,6.1-8.1GHz,8.4-9.6GHz,10.1-10.7GHz。濾除頻帶過多,-10dB帶寬很窄,沒有實(shí)際意義。當(dāng)d4=6mm時,濾波天線的-10dB帶寬為8-8.3GHz。說明介質(zhì)片的直徑太大,天線帶寬太窄,不能覆蓋UWB的頻段。當(dāng)d4=2.4mm時,濾波天線的-10dB帶寬為3.1-5.05GHz,6.1-11.6GHz。濾除頻段為5.05-6.1GHz,包含了WLAN5GHz(5.15–5.825GHz)的頻帶。說明設(shè)計合適的d4(介質(zhì)片的直徑),可以實(shí)現(xiàn)天線的-10dB帶寬覆蓋UWB頻帶并且濾除不需要的頻段。實(shí)施例四:介質(zhì)片的尺寸參數(shù)如表六所示(單位mm),濾波天線的其它尺寸參數(shù)同表一,介質(zhì)片相對磁導(dǎo)率μr=1,介質(zhì)片的介電常數(shù)εr分別取100、150、200和300,其中,介質(zhì)片的介電常數(shù)的調(diào)整可以通過外加在介質(zhì)片上的電場值來實(shí)現(xiàn)。表六:x4y4d4h486.32.41圖7為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種濾波天線的S11隨介電常數(shù)的變化曲線示意圖,其中S11表示回波損耗特性,frequency表示頻率。由圖7可見,當(dāng)εr=300時,濾波天線的-10dB帶寬為3.1-5.05GHz,6.1-11.6GHz。濾除頻段為5.05-6.1GHz。當(dāng)εr=200時,濾波天線的-10dB帶寬為3.1-6.3GHz,6.8-11GHz。濾除頻段為6.3-6.8GHz。當(dāng)εr=150時,濾波天線的-10dB帶寬為3.1-7.7GHz,8.65-11GHz。濾除頻段為7.7-8.65GHz。當(dāng)εr=100時,濾波天線的-10dB帶寬為3.1-9.2GHz,10-11GHz。濾除頻段為9.2-10GHz。說明設(shè)計合適的介電常數(shù),可以實(shí)現(xiàn)天線的-10dB帶寬覆蓋UWB頻帶并且濾除不需要的頻段。由以上技術(shù)方案可見,本發(fā)明實(shí)施例提供的一種具有濾波功能的天線通過在天線上設(shè)置介質(zhì)片實(shí)現(xiàn)天線的濾波功能。由于天線本身具有濾波功能,因此無需另外添加濾波器,降低設(shè)計和安裝的復(fù)雜度,且節(jié)省空間。另外,調(diào)整介質(zhì)片的介電常數(shù)、位置和/或尺寸,可以調(diào)整天線的濾波頻率。本說明書中的各個實(shí)施例均采用遞進(jìn)的方式描述,各個實(shí)施例之間相同相似的部分互相參見即可,每個實(shí)施例重點(diǎn)說明的都是與其他實(shí)施例的不同之處。尤其,對于裝置或系統(tǒng)實(shí)施例而言,由于其基本相似于方法實(shí)施例,所以描述得比較簡單,相關(guān)之處參見方法實(shí)施例的部分說明即可。以上所描述的裝置及系統(tǒng)實(shí)施例僅僅是示意性的,其中所述作為分離部件說明的單元可以是或者也可以不是物理上分開的,作為單元顯示的部件可以是或者也可以不是物理單元,即可以位于一個地方,或者也可以分布到多個網(wǎng)絡(luò)單元上??梢愿鶕?jù)實(shí)際的需要選擇其中的部分或者全部模塊來實(shí)現(xiàn)本實(shí)施例方案的目的。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在不付出創(chuàng)造性勞動的情況下,即可以理解并實(shí)施。以上所述僅是本發(fā)明的具體實(shí)施方式,使本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠理解或?qū)崿F(xiàn)本發(fā)明。對這些實(shí)施例的多種修改對本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說將是顯而易見的,本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下,在其它實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)。因此,本發(fā)明將不會被限制于本文所示的這些實(shí)施例,而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點(diǎn)相一致的最寬的范圍。當(dāng)前第1頁1 2 3