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一、引言
1.1 课题研究背景与意义
近年来,随着新科技成果的不断涌现,移动通信系统也跟着更新换代,特别是在微波和
射频电路领域。而滤波器与天线无疑是这一领域中的两朵桂冠。在对于整个通信系统水平改
善方面,功能优异的滤波器和天线的效果作用是毋庸置疑的。
滤波器作为一个频率选择器,对于系统的频率进行筛选,其功用在通信系统中是至关重
要的
[1-3]
。滤波器发展至今其尺寸由大变小,制式也由重变轻。天线则主要是作为通信系统
的信号收发设备,其结构杂乱多样,有时可能是简单的金属贴片,有时却是结构复杂的电路
设备。然而无论结构如何,天线发展的趋势也是一样的,即小型化、高增益、宽带化等
[4,5]
。
在以往的设计中,一般是独立设计滤波器与天线,再用 50Ω传输线将滤波器与天线进
行级联,这样会导致许多问题。首先会造成许多不必要的的系统损耗,而且会使得整个系统
结构的体积增大。最关键的是由于在将滤波器和天线级联时,二者之间难免会存在相互作用,
这会导致阻抗不匹配等问题的出现,进而致使电路的性能变差。后来人们通过采用更好的级
联方式设计天线和滤波器,将二者集成到一个器件中,形成具有滤波特性的天线,这便是滤
波天线
[6,7]
。
正因为滤波天线相当于把天线和滤波器两者排列组合成一个新的元器件,进化后的元件
不仅保留了原天线持有的部分辐射特性,而且比一般天线具有更好的频率选择性,可以有效
地避免外部信号的干扰。滤波天线有许多优点。首先,整流滤波特性作为滤波天线的重要特
性,如应用整流天线来提高整流效率,或应用某些天线系统需要实现特定的功能。一般来说,
滤波天线通常在频率选择性和损耗性等方面表现较好。在传统的通信系统中,天线和滤波器
通常作为两个器件独立设计,若在两者之间加入阻抗匹配网络,会增加系统的插入损耗,降
低电路性能;若不使用阻抗匹配网络,则会严重恶化通带边缘的滤波特性,同时也会降低系
统的选择性。因此相比而言滤波天线的优势便凸显出来。
1.2 主要研究内容
本文所设计并研究的紧凑型双频滤波天线,其组成包括一个抽头馈线、两个双频带抽头
加载开环谐振器和一个双频带弯曲单极子天线。用工作频带相同的双频弯曲单极天线取代滤
波器的末级谐振器,通过天线与一阶谐振器之间的耦合建立滤波器天线模型。使用 HFSS 仿
真,初步分析,研究相关尺寸参数的影响,调整天线的结构,进一步优化以达到期望的频带、
滤波特性和辐射特性。实验结果表明,所设计出的滤波天线在预期的 2.45 和 5.2GHz 附近具
有良好的频率选择性,带宽分别为 12.4%和 7.1%,且带外抑制性能优异,基本达到要求。