滤波天线的设计与实现

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随着无线通信系统的快速发展,射频器件集成化、多功能化、系统小型化是未来重要的发展趋势。滤波器和天线作为射频前端的两个关键器件,将其集成设计成单个器件,即同时具有辐射功能和滤波功能的滤波天线,可有效减小射频前端的尺寸。此外,滤波天线因其辐射滤波特性,可用于抑制多频天线阵列间的异频互耦干扰,实现多系统天线的高度集成。因此,对滤波天线的研究是目前天线领域的一个重要研究方向。考虑到全向天线和贴片天线在无线通信中的广泛应用,本文研究了一种宽带偶极子贴片天线和一种短路贴片天线的滤波功能集成,并取得了如下成果:第一,在偶极子天线的馈电网络中做滤波功能集成,设计了三款宽带滤波偶极子天线,同时具有低剖面、宽带宽、高带外辐射抑制的特点。(1)利用微带开路传输线上的电流分布零点,设计了一款基于传输线电流分布的滤波偶极子天线。仿真结果表明,该天线阻抗带宽为29.6%,上/下阻带带外辐射抑制大于12.5/23 d B。(2)在偶极子天线馈电网络中对称的加载四分之一波长的微带/槽线枝节,设计了一款基于微带/槽线枝节加载的滤波偶极子天线。仿真结果表明,该天线阻抗带宽为19.3%,上/下阻带带外辐射抑制大于17/14 d B。(3)在馈电网络中对称的加载多槽线枝节,设计了一款基于槽线枝节加载的宽带滤波偶极子天线。测试结果表明,该天线阻抗带宽为30.4%,上/下阻带带外辐射抑制大于17/19 d B。第二,在贴片天线的辐射体上做滤波功能集成,设计了两款滤波贴片天线。由于没有引入额外的滤波电路,该天线的结构简单、整体尺寸较小,且相比于传统的微带天线,具有更宽的E面波束宽度。(1)在主辐射贴片上蚀刻一对J形缝隙,设计了一款具有J形缝隙的宽波束滤波贴片天线。测试结果表明,该天线阻抗带宽为3.7%,上/下阻带带外辐射抑制大于12.6/15 d B,E面半功率波束宽度约100°。(2)在主辐射贴片上蚀刻开口环形缝隙,设计了一款具有开口环形缝隙的宽波束滤波贴片天线。测试结果表明,该天线阻抗带宽为3.1%,上/下阻带带外辐射抑制大于8.5/13.4 d B,E面半功率波束宽度约100°。
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