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CN106654539B - 一种基于金属一体化结构的滤波天线 - Google Patents

一种基于金属一体化结构的滤波天线 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于金属一体化结构的滤波天线，包括金属谐振腔体、导体组件、金属天线腔体和探针，所述金属谐振腔体内嵌一块金属板，所述金属板上开有槽线，所述金属天线腔体的顶部开口，其余部分封闭；所述导体组件固定在金属谐振腔体的左壁上，并与金属板的左端连接，所述金属谐振腔体的右壁与金属天线腔体的左壁之间开有一个圆形通孔，所述探针的一端从圆形通孔中心穿过后与金属板的右端连接，另一端悬空，且位于金属天线腔体内。本发明可以实现滤波及良好的天线辐射性能，利用多模的理论，天线辐射带宽大，频率选择性好，同时它具有体积小、设计简单、易加工、性能好等优点，能够很好的满足现代通讯系统的要求。

Description

一种基于金属一体化结构的滤波天线
技术领域
本发明涉及一种滤波天线，尤其是一种基于金属一体化结构的滤波天线，属于无线通信领域。
背景技术
滤波天线都是现代通信系统中发射端和接收端重要的器件，它除了起到接收、发送信号之外，还对信号起分离作用，让有用的信号尽可能无衰减的通过，对无用的信号尽可能大的衰减抑制其通过，可以实现信号的滤波、发送和接收。随着无线通信技术的发展，信号间的频带越来越窄，这就对天线的规格和可靠性提出了更高的要求。滤波天线具有高的频率选择性、低插损、功率容量大、性能稳定等优点而具有很高的应用价值。许多学者对滤波天线产生频带隔离、频带选择性、辐射性能进行了研究，通过调节滤波器、天线性能和滤波器与天线的搭配来实现良好的双工天线性能。
随着无线通信技术的快速发展，射频微波器件要求在尺寸上更紧凑，各种多功能器件的发展被证明是解决这一问题的好办法，传统的滤波器和天线是两个独立的器件，在无线通信系统中是单独设计的，滤波天线是天线与滤波器的集成而具有两种器件的功能。
最近几年有许多关于滤波天线的研究，文献[1]提出了一种滤波器和天线综合设计的方法；文献[2]-[4]综合出来的滤波天线具有良好的频率选择性；文献[5]通过引入短路过孔；文献[6]通过加入一个寄生单元让天线具有更好的矩形度。
上述滤波天线虽然具有良好的滤波选择性，但它们无法抑制高次谐波，高次谐波的辐射会造成额外的功率损耗，而且产生信号干扰。
参考文献：
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[6]J.Wu,Z.Zhao,Z.Nie,and Q.Liu,“A printed unidirectional antenna withimproved upper band-edge selectivity using a parasitic loop”,IEEETrans.Antennas Propag.,vol.63,no.4,pp.1832-1873,Apr.2015。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述现有技术的缺陷，提供了一种的一种基于金属一体化结构的滤波天线，该滤波天线可以实现滤波及良好的天线辐射性能，利用多模的理论，天线辐射带宽大，频率选择性好，同时它具有体积小、设计简单、易加工、性能好等优点，能够很好的满足现代通讯系统的要求。
本发明的目的可以通过采取如下技术方案达到：
一种基于金属一体化结构的滤波天线，包括金属谐振腔体、导体组件、金属天线腔体和探针，所述金属谐振腔体内嵌一块金属板，所述金属板上开有槽线，所述金属天线腔体的顶部开口，其余部分封闭；所述导体组件固定在金属谐振腔体的左壁上，并与金属板的左端连接，所述金属谐振腔体的右壁与金属天线腔体的左壁之间开有一个圆形通孔，所述探针的一端从圆形通孔中心穿过后与金属板的右端连接，另一端悬空，且位于金属天线腔体内。
作为一种优选方案，所述槽线为矩形槽线。
作为一种优选方案，所述矩形槽线有两个，两个矩形槽线左右对称。
作为一种优选方案，所述导体组件由同轴外导体和同轴内导体组成，所述同轴外导体固定在金属谐振腔体的左壁上，所述同轴内导体的一端与同轴外导体连接，另一端穿过金属谐振腔体的左壁后与金属板的左端连接。
作为一种优选方案，所述同轴外导体采用SMA接头，所述同轴内导体采用耦合杆，所述SMA接头的末端与耦合杆的一端焊接。
作为一种优选方案，所述SMA接头上设有四个通孔，所述金属谐振腔体的左壁上开有四个螺纹孔，四个螺纹孔与四个通孔相对应，通过螺钉穿过通孔后与螺纹孔配合将SMA接头固定在金属谐振腔体的左壁上。
作为一种优选方案，所述金属谐振腔体为矩形金属谐振腔体。
作为一种优选方案，所述金属天线腔体为矩形金属天线腔体，所述矩形金属天线腔体的顶部开口，底部、左部、右部、前部和后部封闭。
作为一种优选方案，所述探针的长度与中心频率对应下的波长成比例关系。
本发明相对于现有技术具有如下的有益效果：
1、本发明的滤波天线具有金属谐振腔体和金属天线腔体，金属谐振腔体内嵌一块金属板，在内嵌的金属板上开出槽线，可以实现高频率选择性的滤波电路，并在金属谐振腔体和金属天线腔体之间开出一个能够容纳探针的圆形通孔，使探针的一端从圆形通孔中心穿过后与金属板连接，以接收金属板经过槽线滤波的能量，另一端在金属天线腔体内悬空设置，将接收到的能量从金属天线腔体的顶部开口辐射出去，整个滤波天线具有体积小、设计简单、易加工、性能好等优点，能够很好的满足现代通讯系统的要求。
2、本发明的滤波天线在4.45～5.85GHz的频率范围内，|S11|的值都在-10dB以下，且有四个明显的谐振点，可见是多模滤波天线，能够很好的满足现代通讯系统的要求，满足体积小、高矩形度、高Q值、设计和加工简单等特点，由于是基于金属一体化结构的滤波天线，整个结构牢固。
附图说明
图1为本发明实施例1的滤波天线结构示意图。
图2为本发明实施例1的滤波天线正视图。
图3为本发明实施例1的滤波天线左视图。
图4为本发明实施例1的滤波天线俯视图。
图5为本发明实施例1的滤波天线频率响应的电磁仿真曲线图。
图6为本发明实施例1的滤波天线的加工示意图。
其中，1-金属谐振腔体，2-金属天线腔体，3-探针，4-金属板，5-矩形槽线，6-同轴外导体，7-同轴内导体，8-圆形通孔，9-下部金属结构，10-上部金属结构，11-第一通孔下半部分，12-第一下腔体，13-第二下腔体，14-凹槽，15-第二螺纹孔，16-第三螺纹孔，17-第二通孔下半部分，18-第四螺纹孔，19-第一上腔体，20-第二上腔体，21-第五螺纹孔，22-第六螺纹孔，23-第二通孔上半部分，24-第七螺纹孔，25-第一缺口，26-第二缺口。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1：
如图1～图4所示，本实施例的滤波天线包括金属谐振腔体1、导体组件、金属天线腔体2和探针3。
所述金属谐振腔体1为矩形金属谐振腔体，其内嵌一块金属板4，所述金属板4上开有两个矩形槽线5，所述两个矩形槽线5左右对称，通过两个矩形槽线5，实现高频率选择性的滤波电路。
所述导体组件由同轴外导体6和同轴内导体7组成，所述同轴外导体6固定在金属谐振腔体1的左壁上，所述同轴内导体7的一端与同轴外导体6连接，另一端穿过金属谐振腔体1的左壁后与金属板4的左端连接，能量通过同轴外导体6输入，并由同轴内导体7传输给金属板4。
本实施例中，所述同轴外导体6采用SMA接头，所述同轴内导体7采用耦合杆，所述SMA接头的末端与耦合杆的一端焊接；所述SMA接头上设有四个通孔(图中未示出)，所述金属谐振腔体1的左壁上开有四个螺纹孔(图中未示出)，四个螺纹孔与四个通孔相对应，通过螺钉穿过通孔后与螺纹孔配合将SMA接头固定在金属谐振腔体1的左壁上。
所述金属天线腔体2为矩形金属天线腔体，该矩形金属天线腔体的顶部开口，底部、左部、右部、前部和后部封闭，金属谐振腔体1的右壁与金属天线腔体2的左壁之间开有一个圆形通孔8，探针3的一端从圆形通孔8中心穿过后与金属板4的右端连接，以接收金属板4经过矩形槽线5滤波的能量，另一端悬空，且位于金属天线腔体2内，将接收到的能量从金属天线腔体2的顶部开口辐射出去；其中，探针3在金属天线腔体2内的部分与金属天线腔体2构成了天线结构，探针3在圆形通孔8中的部分与圆形通孔8一起作为同轴线，用来连接金属谐振腔体1和金属天线腔体2，探针3的长度与中心频率对应下的波长成比例关系。
本实施例的滤波天线频率响应的电磁仿真曲线如图5所示，图中S11是指输入端口的回波损耗，可以看到在4.45～5.85GHz的频率范围内，S11的值都在-10dB以下，且有四个明显的谐振点，可见是多模滤波天线，很好的满足了现代通讯系统的要求。
如图6所示，本实施例的滤波天线加工过程如下：
1)将一个矩形金属块切开，分为下部金属结构9和上部金属结构10，整个滤波天线由下部金属结构9、上部金属结构10、金属板4、SMA接头(同轴外导体6)、耦合杆(同轴内导体7)和探针3组成；
2)在下部金属结构9上，在左壁附近开出用于固定SMA接头的两个第一螺纹孔(图中未示出)和用于容纳耦合杆的第一通孔下半部分11，并开出第一下腔体12和第二下腔体13；在第一下腔体12的前后壁上开出用于固定金属板4的凹槽14，并在凹槽14上开出用于固定螺钉的第二螺纹孔15，在第二下腔体13的前后壁上开出用于固定螺钉的第三螺纹孔16，在第一下腔体12和第二下腔体13之间开出用于容纳探针3的第二通孔下半部分17；
3)在上部金属结构10上，在左壁附近开出用于固定SMA接头的两个第四螺纹孔18和用于容纳耦合杆的第一通孔上半部分(图中未示出)，并开出第一上腔体19和第二上腔体20，第一上腔体19没有开透，第二上腔体20开透；在第一上腔体19的前后壁上开出用于固定螺钉的第五螺纹孔21，第五螺纹孔21的位置与第二螺纹孔15的位置相对应，在第二上腔体20的前后壁上开出用于固定螺钉的第六螺纹孔22，第六螺纹孔22的位置与第三螺纹孔16的位置相对应，在第一上腔体19和第二上腔体20之间开出用于容纳探针3的第二通孔上半部分23；
4)在金属板4上，开出两个矩形槽线5以及用于固定螺钉的第七螺纹孔24，第七螺纹孔24的位置与第二螺纹孔15、第五螺纹孔21的位置相对应，并在金属板4左端开出用于固定耦合杆的第一缺口25，在金属板4右端开出用于固定探针3的第二缺口26；
5)将金属板4放在下部金属结构9的凹槽14上，将耦合杆焊接到金属板4的第一缺口25上，以及将探针3焊接到金属板4的第二缺口26上，盖上上部金属结构10，此时第一下腔体12和第一上腔体19组成金属谐振腔体1，第二下腔体13和第二上腔体20组成金属天线腔体2，第一通孔下半部分11和第一通孔上半部分组成可容纳耦合杆的通孔结构，第二通孔下半部分17和第二通孔上半部分23组成可容纳探针3的圆形通孔8，通过螺钉将SMA接头锁定在金属谐振腔体1上，并通过螺钉将上部金属结构10、金属板4和下部金属结构9固定起来，整个滤波天线组装完毕，最后进行测试。
上述实施例中，所述金属谐振腔1、金属天线腔体2、金属板4、导体组件采用的金属材料可以为铝、铁、锡、铜、银、金和铂的任意一种，或可以为铝、铁、锡、铜、银、金和铂任意一种的合金。
综上所述，本发明的滤波天线具有金属谐振腔体和金属天线腔体，金属谐振腔体内嵌一块金属板，在内嵌的金属板上开出槽线，实现高频率选择性的滤波电路，并在金属谐振腔体和金属天线腔体之间开出一个能够容纳探针的圆形通孔，使探针的一端从圆形通孔中心穿过后与金属板连接，以接收金属板经过槽线滤波的能量，另一端在金属天线腔体内悬空设置，将接收到的能量从金属天线腔体的顶部开口辐射出去，整个滤波天线具有体积小、设计简单、易加工、性能好等优点，能够很好的满足现代通讯系统的要求。
以上所述，仅为本发明专利较佳的实施例，但本发明专利的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明专利所公开的范围内，根据本发明专利的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都属于本发明专利的保护范围。

Claims (7)

1.一种基于金属一体化结构的滤波天线，其特征在于：包括金属谐振腔体、导体组件、金属天线腔体和探针，所述金属谐振腔体内嵌一块金属板，所述金属板上开有槽线，所述金属天线腔体为矩形金属天线腔体，矩形金属天线腔体的顶部开口，底部、左部、右部、前部和后部封闭，金属谐振腔体的右壁与金属天线腔体的左壁之间开有一个圆形通孔，所述探针的一端从圆形通孔中心穿过后与金属板的右端连接，以接收金属板经过矩形槽线滤波的能量，另一端悬空，且位于金属天线腔体内，将接收到的能量从金属天线腔体的顶部开口辐射出去；其中，探针在金属天线腔体内的部分与金属天线腔体构成了天线结构，探针在圆形通孔中的部分与圆形通孔一起作为同轴线，用来连接金属谐振腔体和金属天线腔体，探针的长度与中心频率对应下的波长成比例关系。
2.根据权利要求1所述的一种基于金属一体化结构的滤波天线，其特征在于：所述槽线为矩形槽线。
3.根据权利要求2所述的一种基于金属一体化结构的滤波天线，其特征在于：所述矩形槽线有两个，两个矩形槽线左右对称。
4.根据权利要求1所述的一种基于金属一体化结构的滤波天线，其特征在于：所述导体组件由同轴外导体和同轴内导体组成，所述同轴外导体固定在金属谐振腔体的左壁上，所述同轴内导体的一端与同轴外导体连接，另一端穿过金属谐振腔体的左壁后与金属板的左端连接。
5.根据权利要求4所述的一种基于金属一体化结构的滤波天线，其特征在于：所述同轴外导体采用SMA接头，所述同轴内导体采用耦合杆，所述SMA接头的末端与耦合杆的一端焊接。
6.根据权利要求5所述的一种基于金属一体化结构的滤波天线，其特征在于：所述SMA接头上设有四个通孔，所述金属谐振腔体的左壁上开有四个螺纹孔，四个螺纹孔与四个通孔相对应，通过螺钉穿过通孔后与螺纹孔配合将SMA接头固定在金属谐振腔体的左壁上。
7.根据权利要求1-6任一项所述的一种基于金属一体化结构的滤波天线，其特征在于：所述金属谐振腔体为矩形金属谐振腔体。
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