单/双频滤波的基板集成介质谐振器天线

《IEEE Transactions on Antennas and Propagation》：Single-/Dual-Band Filtering Substrate-Integrated Dielectric Resonator Antennas

介质基板集成滤波天线设计实现双频段性能优化。采用多层微波基板和多种过孔结构，结合TE模耦合与金属柱接地技术，在单频段设计达到9.1%阻抗带宽和>18dB带外抑制的同时，创新性提出双频段SI DRA结构，通过腔体内多模式组合实现下频段11.3%和上频段6.1%的阻抗带宽，适用于平面化射频前端集成。

　　

摘要：

本文研究了一种新型的基片集成（SI）滤波介质谐振器天线（DRA），该天线采用多层微波基片设计，无需额外的介质块。通过使用介质通孔、空气通孔和金属通孔，以及一个方形多模SI波导（SIW）腔体来实现滤波功能。通过精心设计耦合槽和接地金属柱，将两个腔体模式（TE 120模式和TE 210模式）与介质谐振器（DR）的TE 1δ1模式耦合，从而获得了宽频带特性。测量结果显示，该单频段天线的阻抗带宽为9.1%，峰值总天线效率为75%，峰值增益为5.7 dBi，带外抑制水平超过18 dB。与现有的SIDRA相比，本文设计的天线具有最高的带外抑制性能。此外，本文还首次实现了双频段滤波功能：低频段由腔体TE 110模式、DR TE 1δ1模式以及与U形槽相关的模式共同构成；高频段则通过两个加载有DRA的腔体模式实现。为进一步增强低频段的抑制效果，文中还引入了一对短接的短路棒。双频段设计的阻抗带宽分别为11.3%和6.1%，适用于需要平面结构的无线通信系统。

引言

天线是无线通信系统的核心组件。为了满足射频前端的多功能性和集成化需求，天线可以与滤波器共同设计，从而形成滤波天线。在过去十年中，滤波天线受到了广泛关注[1]、[2]、[3]、[4]、[5]、[6]、[7]。与传统的分离式天线和滤波器设计相比，滤波天线能够显著减小前端系统的体积、复杂度和损耗。