基于多模谐振器的双工滤波天线阵列研究

发布时间：2020-06-17 03:10

【摘要】：随着无线通信系统的发展,结构紧凑,重量轻,多功能成为射频前端新的发展趋势。传统上,射频前端的各部分器件如天线,滤波器都是单独设计的,信号的发射与接收由天线完成,而滤波器负责信号选择。滤波器通常是由与天线谐振频率相同的谐振器组成的。天线与滤波器通过50欧姆传输线和匹配网络级联。由于天线,滤波器,匹配网络的带宽不同,在工作频带的边缘可能无法匹配,导致回波损耗增大,天线性能降低。双工滤波天线将天线作为滤波器的最后一阶谐振器,能够实现具有滤波特性的天线,增加带宽和提升频率选择性。无线通信系统的另外一个关键问题是谐波产生的干扰。可以设计对应的滤波网络抑制或消除这些谐波。为了提升增益,可以设计天线阵列,天线阵列需要合适的馈电网络以指定的幅度与相位激励每个辐射单元。传统的天线阵列通常引入四分之一波长传输线和匹配短截线用于阻抗匹配,使的馈电网络十分庞大和复杂。引入滤波功分网络可以舍弃这些庞大复杂的匹配网络,进一步降低天线的体积和损耗。因此本文针对具有滤波特性的双工天线,具有谐波抑制的双工滤波天线,高集成度双工滤波天线阵列进行了研究,完成了以下三款天线的设计工作:1、提出了一款基于T形谐振器具有谐波抑制的双工滤波天线,采用堆叠贴片实现了双频同极化辐射特性,两个T形谐振器分别在信号发射通道和信号接收通道耦合馈电堆叠贴片。利用四分之一波长短路线在高次模频率处产生的传输零点,抑制掉了天线的偶数倍谐波,同时由于整个天线采用耦合馈电,能量只有在T形谐振器两个模式以及天线模式都谐振的频率处才能传递到贴片,提升了带外抑制。与传统的贴片天线相比,该天线具有更宽的带宽、更稳定的频带增益和良好的谐波抑制性能。2、提出了一款基于T形谐振器的具有谐波抑制的双工滤波天线阵列。本章采用发卡形谐振器通过地板上的槽耦合激励微带贴片实现双频同极化辐射特性,两个T形谐振器既作为滤波电路,又作为天线阵列的功率分配网络。由此提高了天线阵列的集成度,减小了天线阵列的体积。此外,天线阵列还实现了谐波抑制的特性。3、提出了一款基于SLR的双工滤波天线阵列。通过贴片与发卡形谐振器强耦合形成双频辐射单元,以偶模激励枝节加载谐振器实现滤波与功率分配功能,实现功分网络与滤波网络复用,提升了天线阵列的集成度,减小了天线阵列的体积。天线实现了良好的频率选择形,提高了增益平坦度,提升了带宽与端口隔离度。
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN713;TN820
【图文】：

天线,阻抗带宽,倍频,谐波

后以此为基础展开对双工滤波天线及阵列的研究。因此本节研究现状将依次从滤波天线，双工天线两个方向展开。1.2.1 滤波天线滤波天线采用将天线与滤波电路联合设计，不仅能够扩宽阻抗带宽，提升频率选择性，更能够使增益具有滤波特效，提升增益平坦度和带外抑制。一般的设计思路是将整个天线视作一个多阶滤波器，而辐射体作为整个滤波器的最后一阶谐振器，然后利用滤波器设计理论去设计天线。1.2.1.1 单频滤波天线文献[2]中，Chun-Xu Mao 等人用一个平面倒 F 天线(PIFA：Planar Inverted-F Antenna)激励一个微带贴片。两个槽被引入实现陷波以抑制 3 倍频处的谐波，又因为 PIFA 本身能够抑制偶数倍频谐波，天线获得了良好的带外抑制。天线实现了 3 阶滤波特性，阻抗带宽为 10%，阻带达基频的 4 倍。滤波天线的结构如图 1-1 所示，S 参数如图 1-2 所示。

天线,阻抗带宽,倍频,谐波

【参考文献】