专利摘要

本实用新型公开了一种多模宽带滤波天线及无线通信设备，所述天线包括从上到下依次设置的第一金属层、第一基片集成波导、第二金属层、第二基片集成波导以及金属地板，所述第一金属层在靠近两侧边缘处对称设置有辐射缝隙，所述第二金属层在靠近两侧边缘处对称设置有耦合缝隙，且第二金属层上设置有四个匹配缝隙，所述第二基片集成波导的中心处两侧对称设置有差分馈电通孔，所述金属地板在差分馈电通孔的对应位置上设置有圆形缝隙。本实用新型天线采用差分馈电的激励方式，激发多个模式且将其合并形成宽带天线，能量通过左右两边耦合缝隙耦合到上方辐射缝隙辐射，能够实现滤波效果，还可以减小天线阵距，改善方向图旁瓣。

权利要求

1.一种多模宽带滤波天线，其特征在于：包括从上到下依次设置的第一金属层、第一基片集成波导、第二金属层、第二基片集成波导以及金属地板，所述第一金属层在靠近两侧边缘处对称设置有辐射缝隙，所述第二金属层在靠近两侧边缘处对称设置有耦合缝隙，且第二金属层上设置有四个匹配缝隙，所述第二基片集成波导的中心处两侧对称设置有差分馈电通孔，所述金属地板在差分馈电通孔的对应位置上设置有圆形缝隙；其中两个匹配缝隙设置在第二金属层的中心处第一侧，另外两个匹配缝隙设置在第二金属层的中心处第二侧，构成两对匹配缝隙。

2.根据权利要求1所述的多模宽带滤波天线，其特征在于：所述第一基片集成波导包括第一介质基片，所述第二基片集成波导包括第二介质基片；

所述第一介质基片和第二介质基片的四周边缘处均设置有四排第一金属化通孔，所述第一介质基片在四排第一金属化通孔所围成空间内的还设置有两排相对称的第二金属化通孔，所述第二介质基片在四排第一金属化通孔所围成空间内的两侧还对称设置有呈弧形分布的第三金属化通孔；

所述第一金属层、第二金属层和金属地板的四周边缘处均设有与第一介质基片、第二介质基片上的四排第一金属化通孔对应的四排第一通孔；所述第一金属层和第二金属层在两排第二金属化通孔的对应位置上均设置有两排第二通孔；所述第二金属层和金属地板在第三金属化通孔的对应位置上均设置有第三通孔；所述第二金属层在差分馈电通孔的对应位置上设置有第四通孔。

3.根据权利要求2所述的多模宽带滤波天线，其特征在于：所述第三金属化通孔为八个；

其中四个第三金属化通孔设置在第二介质基片的四排第一金属化通孔所围成空间内的第一侧，且位于第二金属层靠近第一侧边缘处的耦合缝隙与第二金属层的中心处第一侧的匹配缝隙之间；

另外四个第三金属化通孔设置在第二介质基片的四排第一金属化通孔所围成空间内的第二侧，且位于第二金属层靠近第二侧边缘处的耦合缝隙与第二金属层的中心处第二侧的匹配缝隙之间。

4.根据权利要求2所述的多模宽带滤波天线，其特征在于：每排第一金属化通孔中，每个第一金属化通孔的直径为1mm～3mm，相邻两个第一金属化通孔之间的间距为3mm～5mm；

每排第二金属化通孔中，每个第二金属化通孔的直径为1mm～3mm，相邻两个第二金属化通孔之间的间距为3mm～5mm。

5.根据权利要求2所述的多模宽带滤波天线，其特征在于：所述第二金属层靠近第一侧边缘处的耦合缝隙位于第二金属层第一侧边缘处的第一通孔邻近位置处；

所述第二金属层靠近第二侧边缘处的耦合缝隙位于第二金属层第二侧边缘处的一排第一通孔邻近位置处。

6.根据权利要求2所述的多模宽带滤波天线，其特征在于：所述第一金属层靠近第一侧边缘处的辐射缝隙位于第一金属层第一侧边缘处的第一通孔与其中一排第二通孔之间；

所述第一金属层靠近第二侧边缘处的辐射缝隙位于第一金属层第二侧边缘处的一排第一通孔与另一排第二通孔之间。

7.根据权利要求1-6任一项所述的多模宽带滤波天线，其特征在于：所述第二金属层的中心处第一侧的两个匹配缝隙分别为第一匹配缝隙和第二匹配缝隙，第一匹配缝隙和第二匹配缝隙分别位于第二基片集成波导的中心处第一侧的差分馈电通孔两侧，且第二匹配缝隙的长度大于第一匹配缝隙的长度；

所述第二金属层的中心处第二侧的两个匹配缝隙分别为第三匹配缝隙和第四匹配缝隙，第三匹配缝隙和第四匹配缝隙分别位于第二基片集成波导的中心处第二侧的差分馈电通孔两侧，且第三匹配缝隙的长度大于第四匹配缝隙的长度；

所述第一匹配缝隙与第四匹配缝隙的长度、宽度相同，所述第二匹配缝隙与第三匹配缝隙的长度、宽度相同。

8.根据权利要求1-6任一项所述的多模宽带滤波天线，其特征在于：所述圆形缝隙和对应差分馈电通孔的圆心是同一点，且圆形缝隙的直径大于对应差分馈电通孔的直径。

9.根据权利要求8所述的多模宽带滤波天线，其特征在于：所述差分馈电通孔的直径为1mm～2mm，所述圆形缝隙的直径为4mm～5mm。

10.一种无线通信设备，其特征在于：包括权利要求1-9任一项所述的多模宽带滤波天线。

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种天线，尤其是一种多模宽带滤波天线及无线通信设备，属于无线通信天线技术领域。

背景技术

随着现代无线通信技术的发展，基片集成波导(SubstrateIntegratedWaveguide，简称SIW)技术被越来越多的应用到微波领域。尤其是基于SIW的天线既兼具传统金属腔体低损耗，高功率容量的特性，又不含其大尺寸、高重量的缺点，易与其他微波器件集成，是微波毫米波天线中的一项重要技术。

在实际应用中通常需要一个终端设备能够覆盖多个频段，相比集成多副天线在一个设备内同时或者切换的进行工作，宽带天线能够很好地解决这一需求，且减小了天线部分所需体积，简化了天线结构，有利于终端设备的小型化及成本缩减。

滤波天线将射频系统前端的天线与滤波器进行综合设计考虑，既具有天线发射或接收信号的功能，又兼具滤波器的滤波效果，大大提高了射频系统的集成度；而且天线与滤波器之间往往需要增加额外的阻抗匹配网络，以避免天线与滤波器之间连接失配造成的性能恶化，滤波天线的使用则省去了这一结构，进一步降低了系统的损耗，推进了系统的小型化。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供一种多模宽带滤波天线及无线通信设备，该天线采用差分馈电的激励方式，激发多个模式且将其合并形成宽带天线，能量通过左右两边耦合缝隙耦合到上方辐射缝隙辐射，能够实现滤波效果，还可以减小天线阵距，改善方向图旁瓣。

本实用新型的目的在于提供一种多模宽带滤波天线。

本实用新型的另一目的在于提供一种无线通信设备。

本实用新型的目的可以通过采取如下技术方案达到：

一种多模宽带滤波天线，包括从上到下依次设置的第一金属层、第一基片集成波导、第二金属层、第二基片集成波导以及金属地板，所述第一金属层在靠近两侧边缘处对称设置有辐射缝隙，所述第二金属层在靠近两侧边缘处对称设置有耦合缝隙，且第二金属层的中心处两侧对称设置有匹配缝隙，所述第二基片集成波导的中心处两侧对称设置有差分馈电通孔，所述金属地板在差分馈电通孔的对应位置上设置有圆形缝隙。

进一步的，所述第一基片集成波导包括第一介质基片，所述第二基片集成波导包括第二介质基片；

所述第一介质基片和第二介质基片的四周边缘处均设置有四排第一金属化通孔，所述第一介质基片在四排第一金属化通孔所围成空间内的还设置有两排相对称的第二金属化通孔，所述第二介质基片在四排第一金属化通孔所围成空间内的两侧还对称设置有呈弧形分布的第三金属化通孔；

所述第一金属层、第二金属层和金属地板的四周边缘处均设有与第一介质基片、第二介质基片上的四排第一金属化通孔对应的四排第一通孔；所述第一金属层和第二金属层在两排第二金属化通孔的对应位置上均设置有两排第二通孔；所述第二金属层和金属地板在第三金属化通孔的对应位置上均设置有第三通孔；所述第二金属层在差分馈电通孔的对应位置上设置有第四通孔。

进一步的，所述第三金属化通孔为八个；

其中四个第三金属化通孔设置在第二介质基片的四排第一金属化通孔所围成空间内的第一侧，且位于第二金属层靠近第一侧边缘处的耦合缝隙与第二金属层的中心处第一侧的匹配缝隙之间；

另外四个第三金属化通孔设置在第二介质基片的四排第一金属化通孔所围成空间内的第二侧，且位于第二金属层靠近第二侧边缘处的耦合缝隙与第二金属层的中心处第二侧的匹配缝隙之间。

进一步的，每排第一金属化通孔中，每个第一金属化通孔的直径为1mm～3mm，相邻两个第一金属化通孔之间的间距为3mm～5mm；

每排第二金属化通孔中，每个第二金属化通孔的直径为1mm～3mm，相邻两个第二金属化通孔之间的间距为3mm～5mm。

进一步的，第一介质基片和第二介质基片材质相同，厚度均为1mm～3mm，介电常数均为2.2，介质损耗角均为0.001。

进一步的，所述第二金属层靠近第一侧边缘处的耦合缝隙位于第二金属层第一侧边缘处的第一通孔邻近位置处；

所述第二金属层靠近第二侧边缘处的耦合缝隙位于第二金属层第二侧边缘处的一排第一通孔邻近位置处。

进一步的，所述第一金属层靠近第一侧边缘处的辐射缝隙位于第一金属层第一侧边缘处的第一通孔与其中一排第二通孔之间；

所述第一金属层靠近第二侧边缘处的辐射缝隙位于第一金属层第二侧边缘处的一排第一通孔与另一排第二通孔之间。

进一步的，所述匹配缝隙为四个，其中两个匹配缝隙设置在第二金属层的中心处第一侧，另外两个匹配缝隙设置在第二金属层的中心处第二侧。

进一步的，所述第二金属层的中心处第一侧的两个匹配缝隙分别为第一匹配缝隙和第二匹配缝隙，第一匹配缝隙和第二匹配缝隙分别位于第二基片集成波导的中心处第一侧的差分馈电通孔两侧，且第二匹配缝隙的长度大于第一匹配缝隙的长度；

所述第二金属层的中心处第二侧的两个匹配缝隙分别为第三匹配缝隙和第四匹配缝隙，第三匹配缝隙和第四匹配缝隙分别位于第二基片集成波导的中心处第二侧的差分馈电通孔两侧，且第三匹配缝隙的长度大于第四匹配缝隙的长度；

所述第一匹配缝隙与第四匹配缝隙的长度相同，所述第二匹配缝隙与第三匹配缝隙的长度相同。

进一步的，所述圆形缝隙和对应差分馈电通孔的圆心是同一点，且圆形缝隙的直径大于对应差分馈电通孔的直径。

进一步的，所述差分馈电通孔的直径为1mm～2mm，所述圆形缝隙的直径为4mm～5mm。

本实用新型的另一目的可以通过采取如下技术方案达到：

一种无线通信设备，包括上述的多模宽带滤波天线。

本实用新型相对于现有技术具有如下的有益效果：

1、本实用新型天线由第一基片集成波导和第二基片集成波导上下叠加而成，采用差分馈电结构，保证天线结构对称，方向图稳定，并且在第一基片集成波导与第二基片集成波导之间的第二金属层上引入两对匹配缝隙，极大地优化了天线匹配，且每对匹配缝隙可单独调节一个高次模，使结构性能简单可控。

2、本实用新型天线在第一基片集成波导上另外引入两排金属化通孔，能够激励所需模式，模拟折叠基片集成波导，并且在第二基片集成波导上引入呈弧形分布的金属化通孔，可以更好地调节移动低次模，与高次模合并形成宽带。

3、本实用新型天线采用了折叠基片集成波导的原理，能量路径从下层腔体经耦合缝隙耦合到上层腔体，往回折返到辐射缝隙处向外辐射，减小了辐射单元的阵距，改善了方向图的旁瓣，且引入了滤波效果。

附图说明

图1为本实用新型实施例的多模宽带滤波天线整体示意图。

图2为本实用新型实施例的多模宽带滤波天线的第一金属层示意图。

图3为本实用新型实施例的多模宽带滤波天线的第二金属层示意图。

图4为本实用新型实施例的多模宽带滤波天线的金属地板示意图。

图5为本实用新型实施例的多模宽带滤波天线回波损耗的仿真曲线图。

图6为本实用新型实施例的多模宽带滤波天线增益的仿真曲线图。

图7为本实用新型实施例的多模宽带滤波天线在4.8GHz的方向图仿真曲线图。

图8为本实用新型实施例的多模宽带滤波天线在5.2GHz的方向图仿真曲线图。

图9为本实用新型实施例的多模宽带滤波天线在5.5GHz的方向图仿真曲线图。

其中，1-第一金属层，2-第一基片集成波导，3-第二金属层，4-第二基片集成波导，5-金属地板，6-第一介质基片，7-第二介质基片，8-第一金属化通孔，9-第一差分馈电通孔，10-第二差分馈电通孔，11-第二金属化通孔，12-第三金属化通孔，13-第一通孔，14-第二通孔，15-第三通孔，16-第四通孔，17-第一辐射缝隙，18-第二辐射缝隙，19-第一耦合缝隙，20-第二耦合缝隙，21-第一匹配缝隙，22-第二匹配缝隙，23-第三匹配缝隙，24-第四匹配缝隙，25-第一圆形缝隙，26-第二圆形缝隙。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

实施例：

如图1～图4所示，本实施例提供了一种多模宽带滤波天线，该天线为基于基片集成波导的多模宽带滤波天线，能够应用于无线通信设备中，其包括从上到下依次设置的第一金属层1、第一基片集成波导2、第二金属层3、第二基片集成波导4以及金属地板5，即第一金属层1位于第一基片集成波导2上方，第二金属层3位于第一基片集成波导2与第二基片集成波导4之间，金属地板5位于第二基片集成波导4的下方，第一金属层1、第一基片集成波导2、第二金属层3、第二基片集成波导4和金属地板5的形状均为矩形。

进一步地，第一基片集成波导2包括第一介质基片6，第二基片集成波导4包括第二介质基片7，第一介质基片6和第二介质基片7的四周边缘处均加载有四排第一金属化通孔8，第一金属化通孔8用于模拟腔体结构，第二介质基片7的中心处左右两侧对称设置有差分馈电通孔，第二介质基片7的中心处左右两侧的差分馈电通孔分别为第一差分馈电通孔9和第二差分馈电通孔10，第一差分馈电通孔9和第二差分馈电通孔10构成一对差分馈电通孔。

为了激励所需模式，模拟折叠基片集成波导，第一介质基片6在四排第一金属化通孔8所围成空间内的还加载有两排相对称的第二金属化通孔11。

为了防止基片集成波导的电磁泄漏，每排第一金属化通孔8中，每个第一金属化通孔8的直径为2mm，相邻两个第一金属化通孔8之间的间距为4mm；同样地，每排第二金属化通孔11中，每个第二金属化通孔11的直径为2mm，相邻两个第二金属化通孔11之间的间距为4mm。

为了移动低次模TE210模与高次模TE410等模合并，第二介质基片7在四排第一金属化通孔8所围成空间内的左右两侧还对称加载有呈弧形分布的第三金属化通孔12，每个第三金属化通孔12的直径为2mm，间隔经过优化。

具体地，第三金属化通孔12为八个，其中四个第三金属化通孔12设置在第二介质基片7的四排第一金属化通孔8所围成空间内的左侧，另外四个第三金属化通孔12设置在第二介质基片7的四排第一金属化通孔8所围成空间内的右侧，左侧的四个第三金属化通孔12和右侧的四个第三金属化通孔12构成了四对第三金属化通孔12。

本实施例中，第一介质基片和第二介质基片材质相同，厚度均为2mm，介电常数均为2.2，介质损耗角均为0.001。

第一金属层1与第二金属层3之间、第二金属层3与与金属地板5之间通过第一金属化通孔8相连，因此第一金属层1、第二金属层3和金属地板5的四周边缘处均设有与第一介质基片6、第二介质基片7上的四排第一金属化通孔8对应的四排第一通孔13；第一金属层和第二金属层在两排第二金属化通孔11的对应位置上均设置有两排第二通孔14；第二金属层3和金属地板5在第三金属化通孔12的对应位置上均设置有第三通孔15，第二金属层3在第一差分馈电通孔9和第二差分馈电通孔10的对应位置上分别设置有第四通孔16；具体地，第一金属层1的上、下两排第一通孔7圆心连线的长度a＝51mm，左、右两排第一通孔7圆心连线的长度b＝50.6mm，每排第一通孔7中，相邻两个第一通孔7之间的间距p＝4mm，且每个第一通孔7的直径d＝2mm，距离第一金属层1中心处较近的四个第二通孔8中，左边的两个第二通孔8和右边的两个第二通孔8的圆心之间的间距y1＝2mm，且圆心与第一金属层1的宽度方向中心线之间的垂直距离x5＝18.6mm，距离第一金属层1中心处较远的四个第二通孔8中，左边的两个第二通孔8和右边的两个第二通孔8的圆心之间的间距y2＝6.9mm，且圆心与第一金属层1的宽度方向中心线之间的垂直距离x6＝20mm。

进一步地，第一金属层1在靠近左右两侧边缘处对称设置有辐射缝隙，靠近左右两侧边缘处的辐射缝隙分别为第一辐射缝隙17和第二辐射缝隙18，第一辐射缝隙17和第二辐射缝隙18构成一对辐射缝隙，第一辐射缝隙17位于左排第一通孔13与左排第二通孔14之间，第一辐射缝隙17的长度方向中心线与左排第二通孔14的圆心之间的垂直距离为x2＝6.9mm，第二辐射缝隙18位于右排第一通孔13与右排第二通孔14之间，同样地，第二辐射缝隙18的长度方向中心线与右排第二通孔14的圆心之间的垂直距离为x2＝6.9mm，第一辐射缝隙17和第二辐射缝隙18均为矩形缝隙，其长度L1＝40mm，宽度W1＝2.8mm，第一辐射缝隙17、第二辐射缝隙18的长度方向中心线与第一金属层1的宽度方向中心线之间的垂直距离x1＝18.3mm。

进一步地，第二金属层4在靠近左右两侧边缘处对称设置有耦合缝隙，且第二金属层4的中心处左右两侧对称设置有匹配缝隙，靠近左右两侧边缘处的耦合缝隙分别为第一耦合缝隙19和第二耦合缝隙20，第二金属层4的中心处左侧的匹配缝隙为两个，分别为第一匹配缝隙21和第二匹配缝隙22，第一匹配缝隙21和第二匹配缝隙22分别位于第一差分馈电通孔9左右两侧，且第二匹配缝隙22的长度大于第一匹配缝隙21的长度，第二金属层4的中心处右侧的匹配缝隙为两个，分别为第三匹配缝隙23和第四匹配缝隙24，第三匹配缝隙23和第四匹配缝隙24分别位于第二差分馈电通孔10左右两侧，且第四匹配缝隙24的长度大于第三匹配缝隙23的长度，第一匹配缝隙21和第四匹配缝隙24构成一对匹配缝隙，第二匹配缝隙22和第三匹配缝隙23构成另一对匹配缝隙，极大地优化了天线匹配，且每对匹配缝隙可单独调节一个高次模，使结构性能简单可控；具体地，第一耦合缝隙19、第二耦合缝隙20、第一匹配缝隙21、第二匹配缝隙22、第三匹配缝隙23和第四匹配缝隙24均为矩形缝隙，第一耦合缝隙19和第二耦合缝隙20的长度L4＝49.4mm，宽度W4＝2mm，第一匹配缝隙21和第四匹配缝隙24的长度L3＝7.6mm，宽度W3＝1.3mm，第二匹配缝隙22和第三匹配缝隙23的长度L2＝27.6mm，宽度W2＝1mm，第一耦合缝隙19、第二耦合缝隙20的长度方向中心线与第二金属层4的宽度方向中心线之间的垂直距离x7＝23.3mm，第一匹配缝隙21和第四匹配缝隙24长度方向中心线与第二金属层4的宽度方向中心线之间的垂直距离x4＝10mm，第二匹配缝隙22和第三匹配缝隙23的长度方向中心线与第二金属层4的宽度方向中心线之间的垂直距离x3＝6mm。

本实施例中，第一耦合缝隙19位于左侧边缘处的第一通孔7邻近位置处，第二耦合缝隙20位于右侧边缘处的第一通孔7邻近位置处，左侧的第三金属化通孔12位于第一耦合缝隙19与第一匹配缝隙21之间，右侧的第三金属化通孔12位于第二耦合缝隙20与第四匹配缝隙24之间。

进一步地，金属地板5在第一差分馈电通孔9的对应位置上设置有第一圆形缝隙25，在第一差分馈电通孔10的对应位置上设置有第二圆形缝隙26，第一圆形缝隙25和第一差分馈电通孔9的圆心是同一点，第二圆形缝隙26和第一差分馈电通孔10的圆心是同一点，且第一圆形缝隙25的直径大于第一差分馈电通孔9的直径，第二圆形缝隙26的直径大于第一差分馈电通孔10的直径，本实施例的第一圆形缝隙25和第二圆形缝隙26的直径R＝4.24mm，第一圆形缝隙25和第二圆形缝隙26的圆心之间的间距x8＝11.6mm。

从图1～图3中可以看到，第二匹配缝隙22、第一差分馈电通孔9、第一匹配缝隙21和第一耦合缝隙19从天线中心至左侧依次排布，第三匹配缝隙23、第二差分馈电通孔10、第四匹配缝隙24和第二耦合缝隙20从天线中心至右侧依次排布。

上述实施例中，所述第一金属层1、第二金属层3、金属地板5、第一金属化通孔8、第二金属化通孔11和第三金属化通孔12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，本实施例优选采用铜材料；所述无线通信设备可以为手机、平板电脑等电子设备。

由图5中的|S11|仿真曲线可以看出该多模宽带滤波天线具有三个谐振点形成宽带效果，带宽为15.4％，由图6的增益曲线可以看处该天线的滤波性能良好，且右侧具有一个增益零点，带内增益平缓，且带内增益为8.6dBi左右；图7至图9则分别为三个模式在中心频点4.8GHz、5.2GHz、5.5GHz的方向图，包含主极化、交叉极化、E面和H面，副瓣较小，前后比大于15dB，交叉极化比均在40dB以上。

综上所述，本实用新型天线采用双层基片集成波导叠加，通过差分馈电激励出多个模式，通过弧形差分馈电通孔将模式合并形成宽带效果；经耦合缝隙耦合到上方辐射缝隙处辐射，可减小辐射单元阵距，改善方向图，耦合路径的引入还增加了滤波效果，形成了一款性能良好地多模宽带滤波天线。

以上所述，仅为本实用新型专利较佳的实施例，但本实用新型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实用新型专利所公开的范围内，根据本实用新型专利的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，都属于本实用新型专利的保护范围。

多模宽带滤波天线及无线通信设备专利购买费用说明

Q：办理专利转让的流程及所需资料

A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。

1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

3：同时提交相关证明文件原件。

4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q：专利转让变更，多久能出结果

A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。