基于介质谐振器的滤波天线设计

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现代射频通信系统的飞速发展对系统的小型化、低损耗、低成本提出了越来越高的要求。滤波器和天线作为两个发挥关键作用的部件,将两者独立设计后级联的方式,会导致不可避免的插入损耗,且体积大等弊端对提高系统的集成度和性能都非常不利。滤波天线兼具辐射和滤波特性的同时还能够降低插入损耗,引起了国内外学者们广泛的关注。目前滤波天线的设计方法有:级联设计、滤波器综合设计、融合设计。介质谐振器天线相比传统金属天线有着高辐射效率、丰富的谐振模式、低损耗,有潜力设计为高性能的滤波天线。本文对国内外滤波天线相关文献进行了调研,针对基于介质谐振器的滤波天线开展研究,设计了两款融合设计的介质谐振器滤波天线,主要研究和创新的内容如下:一、设计了一款基于缝隙耦合馈电的介质谐振器滤波天线。天线通过微带缝隙耦合馈电,介质谐振器被激励起TEx11δ模式,通过对称挖槽引入一个辐射零点。此外,在微带线末端加短路金属柱后延长其长度,使电流在缝隙处为零,从而在通带两侧各获得一个辐射零点,为减小尺寸将微带线弯折成特殊形状。最后实现了15.8%(1.85-2.17 GHz)的工作带宽、6.62d Bi的平均增益、在-15d B以下的带外抑制水平。对天线进行加工后实测,实测结果与仿真结果吻合良好。二、设计了一款基于微带馈电的介质谐振器滤波天线。天线通过微带馈电,其中金属贴片与介质谐振器底面重合。金属贴片激励起介质谐振器的TEx21δ模式,该模式的电场在各方向上反相,从而在通带外低频处引入了一个辐射零点。在通带外高频处,金属贴片与介质谐振器辐射电场大小相等方向相反,此时介质谐振器不能被激励起来,获得了一个辐射零点。随后为了抑制带外不需要的谐振模式,提高带外抑制水平,引入折叠U型缺陷地结构,实现了良好的辐射及滤波响应。天线工作带宽为10%(2.92-3.23GHz)、8.82d Bi的平均增益、带外抑制水平超过15d B。对天线进行加工后实测,实测结果与仿真结果吻合良好。
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