本發(fā)明涉及濾波天線的技術(shù)領(lǐng)域，尤其是指一種寬阻帶濾波mimo天線。

背景技術(shù)：

隨著近年來(lái)無(wú)線通信的高速發(fā)展，濾波天線由于其將濾波器和天線集成一體化的設(shè)計(jì)而受到廣大關(guān)注。通過(guò)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(yīng)的反射系數(shù)的同時(shí)，濾波天線的增益也將具有選擇性。這種濾波天線結(jié)構(gòu)相對(duì)于傳統(tǒng)的濾波器通過(guò)傳輸線級(jí)聯(lián)天線的設(shè)計(jì)，避免了傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中的阻抗失配問(wèn)題，并且減小的系統(tǒng)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(yīng)用于濾波天線的設(shè)計(jì)。

mimo系統(tǒng)，即多輸入多輸出系統(tǒng)，通過(guò)設(shè)置多根發(fā)射和接收天線，再經(jīng)過(guò)特定的數(shù)據(jù)處理，通信容量能夠成倍的增加，從而滿足現(xiàn)在日益增長(zhǎng)的通信服務(wù)需求。傳統(tǒng)的mimo系統(tǒng)中，每個(gè)天線單元都會(huì)通過(guò)一段傳輸線與一個(gè)帶通濾波器相連，而當(dāng)mimo系統(tǒng)的天線單元太多時(shí)，這種設(shè)計(jì)將會(huì)使整個(gè)系統(tǒng)體積過(guò)大并且增加成本。通過(guò)將濾波天線設(shè)計(jì)成mimo天線，既能提高信道容量，又能實(shí)現(xiàn)濾波、減小尺寸和成本的效果。

對(duì)現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行調(diào)查了解，具體如下：

2017年，xiuyinzhang等人在"ieeetreansactionsonantennasandpropagation"上發(fā)表題為"low‐profiledual‐bandfilteringpatchantennaanditsapplicationtoltemimosystem"，文中通過(guò)多模諧振器激勵(lì)兩塊嵌套的貼片，設(shè)計(jì)了一款雙頻濾波貼片天線并且將其應(yīng)用到了mimo系統(tǒng)之中。天線實(shí)現(xiàn)了良好的濾波效果和輻射特性。

2016年，hutaotao等人在"ieeeinternationalconferenceonintegratedcircuitsandmicrosystems"上發(fā)表題為"designofmimofilterantennabasedoncoupledresonator"，設(shè)計(jì)了一款二單元濾波mimo天線，通過(guò)在兩個(gè)天線單元之間加入樹(shù)狀去耦結(jié)構(gòu)，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(fā)表題為"broadbandfilteringdielectricresonatorantennawithwidestopband",文中通過(guò)使用介質(zhì)諧振器設(shè)計(jì)了一款新型的濾波天線，實(shí)現(xiàn)了二倍頻的諧波抑制。

總的來(lái)說(shuō)，現(xiàn)今關(guān)于濾波天線的研究日新月異，但是關(guān)于mimo濾波天線的研究卻很少，關(guān)于濾波天線寬阻帶的研究則更少。本文基于作者對(duì)于耦合線結(jié)構(gòu)的研究，設(shè)計(jì)了一種新型的寬阻帶濾波貼片天線，并將其應(yīng)用到了mimo天線系統(tǒng)中，彌補(bǔ)了相關(guān)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(yīng)用價(jià)值。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足與缺點(diǎn)，提出了一種基于加載耦合線的寬阻帶濾波mimo天線，能夠?qū)崿F(xiàn)很好的濾波特性和寬阻帶特性，具有設(shè)計(jì)靈活、低剖面、成本低、寬阻帶等優(yōu)點(diǎn)。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所提供的技術(shù)方案為：一種寬阻帶濾波mimo天線，所述天線為多層板結(jié)構(gòu)，底層為微帶耦合線結(jié)構(gòu)，中間層為開(kāi)槽地板，頂層為輻射貼片結(jié)構(gòu)，底層上的開(kāi)路諧振器通過(guò)開(kāi)槽地板的縫隙與頂層的輻射貼片耦合；在所述底層上設(shè)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(zhǎng)的第一開(kāi)路諧振器、第二開(kāi)路諧振器、第三開(kāi)路諧振器、第四開(kāi)路諧振器、第五開(kāi)路諧振器、第六開(kāi)路諧振器、第七開(kāi)路諧振器、第八開(kāi)路諧振器；在所述中間層上開(kāi)設(shè)有第一縫隙、第二縫隙、第三縫隙、第四縫隙；在所述頂層上設(shè)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(qū)分有四個(gè)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(kāi)路諧振器、第二開(kāi)路諧振器、第一縫隙、第一輻射貼片構(gòu)成，該第一輸入端口通過(guò)其傳輸線與第一開(kāi)路諧振器耦合，該第一開(kāi)路諧振器與第二開(kāi)路諧振器耦合，該第二開(kāi)路諧振器通過(guò)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(kāi)路諧振器、第四開(kāi)路諧振器、第二縫隙、第二輻射貼片構(gòu)成，該第二輸入端口通過(guò)其傳輸線與第三開(kāi)路諧振器耦合，該第三開(kāi)路諧振器與第四開(kāi)路諧振器耦合，該第四開(kāi)路諧振器通過(guò)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(kāi)路諧振器、第六開(kāi)路諧振器、第三縫隙、第三輻射貼片構(gòu)成，該第三輸入端口通過(guò)其傳輸線與第五開(kāi)路諧振器耦合，該第五開(kāi)路諧振器與第六開(kāi)路諧振器耦合，該第六開(kāi)路諧振器通過(guò)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(kāi)路諧振器、第八開(kāi)路諧振器、第四縫隙、第四輻射貼片構(gòu)成，該第四輸入端口通過(guò)其傳輸線與第七開(kāi)路諧振器耦合，該第七開(kāi)路諧振器與第八開(kāi)路諧振器耦合，該第八開(kāi)路諧振器通過(guò)第四縫隙與第四輻射貼片耦合；其中，所述第一開(kāi)路諧振器、第二開(kāi)路諧振器、第三開(kāi)路諧振器、第四開(kāi)路諧振器、第五開(kāi)路諧振器、第六開(kāi)路諧振器、第七開(kāi)路諧振器、第八開(kāi)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(kāi)路諧振器、第四開(kāi)路諧振器、第六開(kāi)路諧振器、第八開(kāi)路諧振器分別通過(guò)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(shí)現(xiàn)三階切比雪夫?yàn)V波響應(yīng)；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(kāi)路諧振器、第二開(kāi)路諧振器、第三開(kāi)路諧振器、第四開(kāi)路諧振器、第五開(kāi)路諧振器、第六開(kāi)路諧振器、第七開(kāi)路諧振器、第八開(kāi)路諧振器均采用折彎結(jié)構(gòu)來(lái)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(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)與有益效果：

1、通過(guò)使用加載耦合線的諧波抑制技術(shù)，有效的抑制濾波天線的諧波，實(shí)現(xiàn)了寬阻帶的特性，提高了系統(tǒng)的信噪比。

2、通過(guò)將濾波天線設(shè)計(jì)成mimo結(jié)構(gòu)，增大了濾波天線的通信容量。

3、本發(fā)明的寬阻帶濾波mimo天線具有設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，帶外選擇性良好，濾波特性好，寬阻帶的特點(diǎn)。

4、由于本發(fā)明的寬阻帶濾波mimo天線為微帶結(jié)構(gòu)，重量輕、成本低、適合工業(yè)批量生產(chǎn)。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的寬阻帶濾波mimo天線的多層板結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明的寬阻帶濾波mimo天線的透視結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為本發(fā)明的寬阻帶濾波mimo天線的邊射方向天線增益和s參數(shù)的仿真和測(cè)試結(jié)果。

圖4為本發(fā)明的寬阻帶濾波mimo天線的隔離帶的參數(shù)仿真和測(cè)試結(jié)果。

圖5為本發(fā)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(cè)試結(jié)果。

圖6a為本發(fā)明的寬阻帶濾波mimo天線的輻射方向xoz面圖。

圖6b為本發(fā)明的寬阻帶濾波mimo天線的輻射方向yoz面圖。

圖7為本發(fā)明的寬阻帶濾波mimo天線的相關(guān)系數(shù)ecc的測(cè)試曲線。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說(shuō)明。

參見(jiàn)圖1和圖2所示，本實(shí)施例所提供的寬阻帶濾波mimo天線為多層板結(jié)構(gòu)，底層為微帶耦合線結(jié)構(gòu)，中間層為開(kāi)槽地板21，頂層為輻射貼片結(jié)構(gòu)，底層上的開(kāi)路諧振器通過(guò)開(kāi)槽地板的縫隙與頂層的輻射貼片耦合；在所述底層上設(shè)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(zhǎng)的第一開(kāi)路諧振器9、第二開(kāi)路諧振器10、第三開(kāi)路諧振器11、第四開(kāi)路諧振器12、第五開(kāi)路諧振器13、第六開(kāi)路諧振器14、第七開(kāi)路諧振器15、第八開(kāi)路諧振器16；在所述中間層上開(kāi)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(shè)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(qū)分有四個(gè)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(kāi)路諧振器9、第二開(kāi)路諧振器10、第一縫隙17、第一輻射貼片5構(gòu)成，該第一輸入端口1通過(guò)其傳輸線與第一開(kāi)路諧振器9耦合，該第一開(kāi)路諧振器9與第二開(kāi)路諧振器10耦合，該第二開(kāi)路諧振器10通過(guò)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(kāi)路諧振器11、第四開(kāi)路諧振器12、第二縫隙18、第二輻射貼片6構(gòu)成，該第二輸入端口2通過(guò)其傳輸線與第三開(kāi)路諧振器11耦合，該第三開(kāi)路諧振器11與第四開(kāi)路諧振器12耦合，該第四開(kāi)路諧振器12通過(guò)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(kāi)路諧振器13、第六開(kāi)路諧振器14、第三縫隙19、第三輻射貼片7構(gòu)成，該第三輸入端口3通過(guò)其傳輸線與第五開(kāi)路諧振器13耦合，該第五開(kāi)路諧振器13與第六開(kāi)路諧振器14耦合，該第六開(kāi)路諧振器14通過(guò)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(kāi)路諧振器15、第八開(kāi)路諧振器16、第四縫隙20、第四輻射貼片8構(gòu)成，該第四輸入端口4通過(guò)其傳輸線與第七開(kāi)路諧振器15耦合，該第七開(kāi)路諧振器15與第八開(kāi)路諧振器16耦合，該第八開(kāi)路諧振器16通過(guò)第四縫隙20與第四輻射貼片8耦合；所述第二開(kāi)路諧振器10、第四開(kāi)路諧振器12、第六開(kāi)路諧振器14、第八開(kāi)路諧振器16分別通過(guò)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(shí)現(xiàn)三階切比雪夫?yàn)V波響應(yīng)。另外，為了提高隔離度，設(shè)計(jì)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(kāi)路諧振器9、第二開(kāi)路諧振器10、第三開(kāi)路諧振器11、第四開(kāi)路諧振器12、第五開(kāi)路諧振器13、第六開(kāi)路諧振器14、第七開(kāi)路諧振器15、第八開(kāi)路諧振器16均進(jìn)行了適當(dāng)?shù)膹澱?。設(shè)計(jì)的天線的中心頻率為2.45ghz。設(shè)計(jì)中所有端口均為50歐姆的阻抗匹配。

參見(jiàn)圖3所示，顯示了本實(shí)施例上述寬阻帶濾波mimo天線的s參數(shù)和邊射方向的天線增益的仿真和測(cè)試結(jié)果。由于結(jié)構(gòu)的鏡像對(duì)稱性，圖中只給出了s11曲線和s21，s31，s41曲線。天線測(cè)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(xiàn)出良好的濾波特性和輻射特性。

參見(jiàn)圖4所示，顯示了本實(shí)施例上述寬阻帶濾波mimo天線隔離度的仿真和測(cè)試曲線。在通帶內(nèi)，該mimo天線的隔離度大于26.5db，實(shí)現(xiàn)了高隔離度的要求。

參見(jiàn)圖5所示，顯示了本實(shí)施例上述寬阻帶濾波mimo天線的寬帶響應(yīng)仿真和測(cè)試曲線。16ghz范圍內(nèi)，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(guò)了6f0(f0＝2.45ghz)。

參見(jiàn)圖6a、6b所示，顯示了本實(shí)施例上述寬阻帶濾波mimo天線的輻射方向圖。由于雙層板結(jié)構(gòu)在加工過(guò)程中不可避免的誤差，兩塊介質(zhì)板之間難免會(huì)有一定的縫隙，所以仿真結(jié)果和測(cè)試結(jié)果存在微小的差異。整體可以看出，該天線實(shí)現(xiàn)了良好的輻射特性。

參見(jiàn)圖7所示，顯示了本實(shí)施例上述寬阻帶濾波mimo天線的相關(guān)系數(shù)ecc的測(cè)試曲線。可以看到個(gè)單元之間工作頻帶內(nèi)的相關(guān)系數(shù)均小于0.02，滿足mimo天線系統(tǒng)對(duì)于相關(guān)系數(shù)小于0.5的要求。

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